Автоматизация измерений, испытаний и контроля (Латышенко К.П. ред. Погодаев А.К. etc.) (z-library.sk, 1lib.sk, z-lib.sk)

Теги: автоматика системы автоматического управления и регулирования интеллектуальная техника технология управления оборудование систем управления техническая кибернетика
Похожие
Электрорадиоизмерения
Основы стандартизации, сертификации и метрологии
Метрология и радиоизмерения
Неразрушающий контроль и диагностика
Текст
                    К.П. ЛАТЫШЕНКО

АВТОМАТИЗАЦИЯ ИЗМЕРЕНИЙ,
ИСПЫТАНИЙ И КОНТРОЛЯ

Учебное пособие

Саратов

2013
УДК 681.5
ББК 32.965

Л 27

Рецензенты:

кафедра автоматизации производственных
процессов РХТУ (Новомосковского института);
канд. техн, наук В.В. Головин, НПФ ХИМЭКОТЕК

Латышенко К.П.

Л 27 Автоматизация измерений, испытаний и контроля:

Учебное пособие / К.П. Латышенко. — Саратов: Издательство
«Вузовское образование», 2013. — (Высшее образование). —
307 с. — Док. опубл, не был. — Доступ с сайта ЭБС IPRbooks.

Рассматриваются вилы измерений, испытаний и контроля, агрегатные

средства

автоматических

систем.

обеспечение таких систем, их

алгоритмическое
метрологические

программное

характеристики,

процессов и производств (по отраслям) и 200530 Стандартизация и

системы».

© К.П. Латышенко
ВВЕДЕНИЕ

Испытания проводят практически на всех этапах
жизненного цикла объекта - начиная с научно-
исследовательской разработки и кончая эксплуатацией.

Онн должны обеспечить получение объективной оценки
результатов научно-исследовательской и опытно-
конструкторской разработок (НИОКР), качества
изготовления,	надёжности, ремонтопригодности,

эксплуатационных свойств готовой продукции.
Испытания должны установить соответствие продукции
требованиям заказчика, определить возможность и
целесообразность НИОКР, а также работ по постановке

на производство.

Проведение испытаний готовой продукции требует
значительных затрат как времени, так и средств, причём,
трудоёмкость испытаний, несмотря на имеющиеся
достижения в области создания автоматизированного
испытательного оборудования, постоянно растёт.

Важнейшее условие проведения испытаний - их
единство, под которым понимают воспроизводимость в
пределах установленных в нормативно-технической
документации (НТД) допусков результатов испытаний,
проведённых разработчиком, изготовителем, постав-
щиком и потребителем продукции. В систему
обеспечения единства испытаний входят: средства
измерений и испытательное оборудование, метрологи-
ческая служба и служба испытаний, стандарту
регламентирующие требования к методам и средствам
испытаний.

Развитие технологии производства, усложнение
научных исследований привело к необходимости
одновременного измерения, контроля и анализа несколь-
ких десятков, сотен и тысяч параметров одновременно.
Всё это дало толчок к созданию сложнейших автомати-
ческих систем измерений, испытаний и контроля.

Поэтому всё более возрастающие требования
предъявляются к качеству подготовки технических
кадров специалистов, а это в свою очередь связано с
проблемой повышения эффективности обучения
студентов в высшей школе.

Учебник предназначено для студентов дневной и
вечерней форм обучения, магистралтов, изучающих
дисциплины «Автоматизация измерений, испытаний и
контроля», «Автоматизированный экологический
мониторинг», «Автоматизация научного эксперимента»,
«Системы экологического мониторинга», «Системы
мониторинга городского хозяйства», «Автоматизация
аналитического контроля», «Информационные
измерительные системы» и «Автоматизация объектов
городского хозяйства» по специальностям 220301, 20053
и 5502. Учебное пособие составлено в соответствии с
программами соответствую ппгх дисциплин, в нём
использован многолетний опыт преподавания на кафедре
«Мониторинг и автоматизировалные системы контроля»
(МАСК) МГУИЭ. Автор полагает, что студенты изучили
такие дисциплины, как «Промышленная электроника»,
«Информатика», «Метрология», «Методы и средства
измерений» и «Теория автоматического управления»,
поэтому ряд вопросов, нашедших детальное отражение в
указанных выше курсах, не освещены в настоящем
пособии.

Учебник состоит из введения и шести глав.

В первой главе, посвящённой испытанию продукции,
дало понятие о продукции и её качестве, измерении и
испытании и контроле качества продукции.
Во второй главе изложены сведения об измерительном
канале системы контроля: агрегатных средствах
автоматических систем измерений и контроля,
пробоотборе и пробоподготовке, аналоговых и цифровых
преобразователях сигналов, различных интерфейсах,
АЦПиЦАП.

В третьей главе приведены сведения об
алгоритмическом и программном обеспечении
автоматических систем измерений, испытаний и
контроля, о математической модели объекта испытании,
планировании эксперимента, обработке данных
испытании и методах оптимизации.

В четвёртой главе рассказано о метрологическом
обеспечении испытании, метрологических характеристи-
ках средств измерений, испытании и информационных
измерительных систем (ИИС), приведена оценка
экономической эффективности систем контроля.

В пятой главе дано понятие об измерительной
системе, приведены виды ИИС, показаны этапы проекти-
рования и внедрения систем, а также рассказано о
микропроцессорах в системах контроля и каналах связи.

В шестой главе описаны автоматические системы
измерений, испытаний и контроля, реализованные в
машиностроении, нефтегазовой промышленности и
энергетике, городском хозяйстве, для экологического
мониторинга и аналитического контроля, а также для
спутникового дистанционного зондирования Земли.
ГЛАВА 1. ИСПЫТАНИЯ И КОНТРОЛЬ
ПРОДУКЦИИ

Повышение эффективности производства, качества и
конкурентоспособности продукции возможно при
наличии многих условий, в том числе при обеспечении
единства измерений и метрологическом обеспечении
всего хозяйственного комплекса.

Научно-технический прогресс предъявляет к про-
мышленной продукции весьма высокие требования, в том
числе к таким её свойствам, как:

—	широта функциональных возможностей;

—	надёжность;

—	уровень унификации, агрегатирования, использова-
ния современной элементной базы и вычислительной
техники;

—	уровень автоматизации выполняемых изделием фун-
кций за счёт использования микропроцессорной техники;

—	возможность сопряжения с ЭВМ;

—	экономичность и удобство в работе.

Актуальной является задача создания промышленных
изделий, конкурентоспособных на внутреннем и мировом
рынках. Повышение конкурентоспособности (от
позднелат. concurentia, от лат. сопсигго - сбегаюсь,
сталкиваюсь) отечественной продукции требует решения
ряда технических, экономических и организационных
вопросов.

1.1.	Продукция и её качество

Продукция — это результат труда, полученный в оп-
ределённом месте за определённое время и пред-
назначенный для использования потребителями в целях
удовлетворения их материальных или духовных
потребностей.

В соответствии с ГОСТ 15895-77 промышленную
продукцию разделяют на изделия и продукт. Изделия -
это промышленная продукция, количество которой может
быть охарактеризовано дискретной величиной, исчис-
ляемой в штуках или экземплярах. Промышленную
нештучную продукцию, а также штучную сельско-
хозяйственную продукцию относят к продуктам. Так,
металлические шары - это изделия, а арбузы - это
продукт; генераторы электроэнергии - изделия, а
генерируемая ими энергия - продукт.

Любой продукции присущи объективные свойства,
особенности, проявляющиеся при её создании, эксплуа-
тации или потреблении. Совокупность свойств продук-
ции, определяющих её пригодность удовлетворять оп-
ределённые потребности в соответствии с её назначе-
нием, называют качеством продукции (ГОСТ 15467-79).
Количественная сторона качества продукции выражается
через её свойства. Показатель качества продукции - это
количественная характеристика одного или нескольких
свойств продукции, рассматриваемая применительно к
условиям её создания или потребления.

Важнейший экономический фактор конкуренто-
способности - надёжность и стоимость продукции на
внутреннем и мировом рынках, система сервисного
обслуживания, целенаправленная и эффективная реклам-
но-коммерческая проработка.

Показатели качества продукции подразделяют на
следующие:

-	единичные, характеризующие одно свойство;

-	комплексные, характеризующие несколько свойств;
-	определяющие, по которым принимают решение по
оценке её качества;

-	интегральные, характеризуюптие экономический
эффект от эксплуатации или потребления продукта.

На практике для определения показателей качества
продукции применяют:

-	измерительный метод, основанный на информации,
полученной с использованием технических средств изме-
рений;

-	расчётный, который использует теоретические или
экспериментальные зависимости показателей качества
продукции от её параметров;

-	органолептический (от орган... и греч. лели/осу -
вбирающий), базирующийся на восприятии продукции
органами чувств человека;

-	экспертный (от лат. expertus - опытный), основан-
ный на оценках экспертов;

-	социологический (от лат. societas - общество и ...
логия), базирующийся на анализе мнений потребителей.

Более конкретными показателями качества
промышленной продукции являются её сорт и категория
качества.

Качество продукции - это совокупность свойств, в
том числе мера полезности продукции, обусловли-
вающих её способность удовлетворять определённые
общественные и личные потребности.

Категория (от греч. ксстеуорнх - высказывание,
признак) качества - наиболее общие признаки, отра-
жающие качество продукции.

Сорт (франц, sorte) - род товара, готовой продукции
или сырья, обладаюптих определёнными качественными
признаками.
Для определения качества продукции применяют
оценку его уровня, контроль, испытание и аттестацию.

Уровень качества продукции - относительная
характеристика качества продукции, основанная на
сравнении совокупности показателей её качества с
соответствующей совокупностью базовых показателей.

Под оценкой уровня качества понимают
совокупность операций, включающую в себя выбор
номенклатуры показателей качества продукции, опре-
деление значений этих показателей и сопоставление их с
базовыми.

Уровень качества продукции оценивают по следую-
щим этапам:

1.	Выбор номенклатуры показателей качества и
обосно-вание её необходимости и важности.

2.	Выбор или разработка методов определения
значений показателей качества.

3.	Выбор базовых значений показателей качества.

4.	Определение физических значений показателей
качест-ва и их сопоставление с базовыми.

5.	Сравнительный анализ вариантов возможных
решений и нахождение наилучшего из них.

6.	Обоснование рекомендаций для принятия
управляю-щих решений.

Существующие методы оценки уровня качества
подразделяют на следующие:

- дифференциальный, использующий единичный по-
казатель качества;

-	комплексный, применяющий комплексные показа-
тели качества;

-	смешанный, использующий единичные и комплекс-
ные показатели качества;
— статистический, с применением методов математи-
ческой статистики.

Дефект (от лат. defectus - недостаток) - это несоот-
ветствие продукции установленным в нормативно-
технической документации требованиям. Если продукция
имеет дефект (дефектная единица продукции), то это
означает, что хотя бы один из показателей качества
вышел за предельные значения, установленные в НТД.

Дефекты изделия могут быть обусловлены образова-
нием несплошностей и структурных неоднородностей,
отклонением размеров и физико-механических ха-
рактеристик от номинальных значений, нарушениями
формы и другими причинами. Независимо от типа
дефектов их разделяют на три вида (ГОСТ 15467-79):

—	критические, когда при наличии дефекта исполь-
зовать продукцию по назначению невозможно или
недопустимо (небезопасно);

—	значительные, оказывающие существенное влияние
на использование продукции и на её долговечность, но не
являющиеся критическими;

—	малозначительные, практически не влияющие на
применение продукции по назначению и на её долго-
вечность.

Вид дефекта, в отличие от типа, характеризует
степень его влияния на эффективность и безопасность
использования продукции с учётом её назначения, т.е.
потенциальную опасность рассматриваемого дефекта.
Очевидно, что дефект одного и того же типа и размера
может принадлежать к дефектам различного вида в
зависимости от условий и режимов эксплуатации
продукции, т.е. от её назначения. Например, пора
диаметром 2 мм в стыковом сварочном соединении
толщиной 20 мм в сосуде для хранения воды относится к
малозначительному дефекту, а в таком же соединении в
пролётном строении моста - уже к критическому.

Следует отметить, что во многих отраслях
промышленности ограничиваются разделением дефектов
по потенциальной опасности на два вида: допустимые и
недопустимые, относя к последним критические, а иногда
и значительные дефекты.

Дефекты, для выявления которых в нормативно-
технической документации на продукцию предусмотрены
методы, средства и правила, принадлежат к классу явных
дефектов, если даже невозможно их визуальное
обнаружение. Дефекты называют скрытыми, если в НТД
отсутствуют рекомендации по их обнаружению, включая
и визуальный осмотр. Выявленный дефект может быть
устранимым, если удаление (исправление) его возможно
и экономически целесообразно, в противном случае
дефект называют неустранимым.

Продукцию, передача которой потребителю из-за
наличия дефектов недопустима, относят к браку. По
аналогии с дефектами брак делят на исправимый и
неисправимый. Неустранимый дефект не всегда является
причиной неисправимости брака. Например, пора в стыке
контактной сварки рельсов - неустранимый дефект, а
стык с таким дефектом - исправимый брак, потому что
вырезав весь бракованный стык рельсы можно сварить
заново.

1.2.	Измерение параметров качества изделий

Управление - это целенаправленное изменение сос-
тояния или параметров машины, объекта, системы,
процесса в соответствии с требуемым алгоритмом
функционирования.
Автоматическое (греч. avion - сам), без участия чело-
века, управление включает в себя следующие операции:

-	измерение параметров процесса (объекта);

-	принятие решения (управляющего воздействия) вы-
числительной машиной;

-	выполнение, реализация принятого решения испол-
нительным механизмом, воздействующим на процесс,
объект.

Получение информации о процессе (объекте), т.е.
измерение, является обязательным и необходимым эта-
пом процесса управления. Поэтому рассмотрим процесс
получения и обработки информации более подробно.

Информация (от лат. informatio - разъяснение, изложе-
ние) - общенаучное понятие, включающее обмен сведе-
ниями между людьми, человеком и автоматом, автоматом
и автоматом.

Физическая (греч. ят)\|/<яка, от лг|\|/С1С - природа)
величина - одно из свойств физического объекта,
физической системы, явления или процесса, общее в
качественном отношении для многих физических
объектов, но в количественном отношении индивидуаль-
ное для каждого из них.

Размер физической величины - качественная опреде-
лённость физической величины, присущая конкретному
материальному объекту, системе, явлению или процессу.

Значение физической величины - выражение размера
в виде некоторого числа принятых для неё единиц.

Истинное значение физической величины есть её
значение, которое идеальным образом характеризует в
качественном и количественном отношении физическую
величину. Оно может быть получено только в результате
бесконечного процесса измерений с бесконечным
совершенствованием методов и средств измерений.
Действительное значение физической величины -
значение физической величины, полученное эксперимен-
тальным путём и настолько близкое к истинному
значению, что в поставленной измерительной задаче
может быть использовано вместо него.

Измерение - это процесс нахождения значения физи-
ческой величины опытным путём с помощью специаль-
ных технических средств.

Измерения могут быть однократные и многократные,
статические (от греч. ататгке) и динамические (от греч.
Sivaptcr - сила), контактные и бесконтактные, абсо-
лютные и относительные, равно- и неравноточные и др.

Абсолютное измерение - измерение, основанное на
прямых измерениях одной или нескольких основных
величин и (или) использовании физических констант (от
лат. constans - постоянный). Так измерение силы F = mg
основано на измерении основной величины - массы т и
использовании физической постоянной g.

Относительное измерение - измерение отношения ве-
личины к одноимённой величине, играющей роль едини-
цы, или измерение изменения величины по отношению к
одноимённой величине, принимаемой за исходную.

Принцип (от лат. principiwn - начало, основа) измере-
ний - физическое явление или эффект, положенные в
основу измерений.

Метод (от греч. pSTt|°Soo - исследование) измерений
- это приём или совокупность приёмов сравнения
измеряемой физической величины с её единицей
измерения в соответствии с реализованным принципом
измерений. Метод измерений обычно обусловлен
средством измерений.
Вид измерений - часть области измерений, имеющая
свои особенности и отличающаяся однородностью
измеряемых величин.

По способу получения численного значения измеряе-
мой величины выделяют четыре вида измерений: прямые,
косвенные, совокупные и совместные.

Прямое измерение - измерение, при котором искомое
значение физической величины получают непосредствен-
но (измерение температуры термометром, длины -
линейкой).

Прямые измерения проводят следующими основными
методами: непосредственной оценки, сравнения с мерой,
нулевым, замещением, дополнением и дифференциаль-
ным.

Косвенное измерение - определение искомого значе-
ния физической величины на основании результатов
прямых измерений других физических величин,
функционально связанных с искомой величиной. Приме-
ры косвенного измерения: определение плотности одно-
родного тела по его массе и геометрическим размерам;
удельного электрического сопротивления проводника -
по его сопротивлению, длине и площади поперечного
сечения, расхода - по перепаду давления и т.п.

Совокупные измерения - это проводимые одновремен-
но измерения нескольких одноимённых величин, при
которых искомые значения величин определяют путём
решения систем уравнений, получаемых при измерениях
этих величин в различных сочетаниях.

Совместные измерения - проводимые одновременно
измерения двух или нескольких неодноимённых величин
для определения зависимости между ними, например,
определение температурного коэффициента линейного
расширения.
Совокупные и совместные измерения применяют, как
правило, в научно-исследовательской практике.

Кроме того, различают технические и технологи-
ческие измерения, контроль.

Технические измерения - это измерение коли-
чественных и качественных характеристик свойств
продукции (линейных и угловых размеров, массы, шеро-
ховатости и т.п.).

Технологические измерения - измерение режимов,
характеристик и параметров технологического процесса
(уровня, температуры, давления, расхода, плотности,
состава среды и т.п.).

Контроль - операция, заключающаяся в определении
соответствия измеряемых величин допускам, установ-
ленным на их значения для обеспечения нормального
функционирования технического объекта, процесса.

Средство измерений - средство, применяемое для
измерений, имеющее нормированные метрологические
характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее
единицу физической величины, размер которой
принимают неизменным (в пределах установленной
погрешности) в течение известного интервала времени.

Автоматическое средство измерений - средство изме-
рений, производящее без непосредственного участия че-
ловека измерения и все операции, связанные с обработкой
результатов измерений, их регистрацией, передачей
данных или выработкой управляющего сигнала.

В общем случае средство измерений имеет
следующую структурную схему (рис. 1.1).
Рис. 1.1. Структурная схема средства измерений

На этом рисунке приведены следующие обозначения и
сокращения:

X — входной сигнал (измеряемая величина);

У - выходной сигнал;

ПИП - первичный измерительный преобразователь, на
который непосредственно воздействует измеряемая
физическая величина;

ИП - измерительный преобразователь, т.е. техничес-
кое средство с нормированными метрологическими
характеристиками, служащее для преобразования
измеряемой величины в другую величину или
измерительный сигнал, удобный для обработки,
хранения, дальнейших преобразований, индикации или
передачи. По характеру преобразований различают
аналоговые, цифроаналоговые и аналого-цифровые
преобразователи.

ВП - вторичный (показывающий) прибор, т.е. сово-
купность элементов средств измерений, которые
обеспечивают визуальное восприятие значений измеряе-
мой величины или связанных с ней величин.

13. Испытания продукции

Испытания (ГОСТ 16504—81) - это эксперименталь-
ное определение количественных и (или) качественных
характеристик свойств объекта испытаний как результат
воздействия на него, при его функционировании, при
моделировании объекта и (или) воздействий.

Основная цель испытаний - объективная оценка
качества продукции.

Экспериментально определять характеристики
свойств объекта при испытаниях можно путём
использования измерений, анализов и диагностирования,
органолептических методов, путём регистрации опреде-
лённых событий при испытаниях и т.д.

Характеристики свойств объекта при испытаниях
могут оцениваться, если задачей испытаний является
получение количественных и качественных оценок, а
могут контролироваться, если задачей испытаний
является установление соответствия характеристик
объекта заданным требованиям. В этом случае они
сводятся к контролю (см. 1.4).

Важнейшим признаком любых испытаний является
принятие на основе их результатов определённых
решений.

Другим признаком испытаний явияется задание
определённых условий испытаний (реальных или
моделируемых), под которыми понимается совокупность
воздействий на объект и режимов функционирования
объекта.

Определение характеристик объекта при испытаниях
может проводиться как при функционировании объекта,
так и при отсутствии функционирования при наличии
воздействий, до или после их приложения.

Условия испытаний - совокупность воздействующих
факторов и режимов функционирования объекта при
испытаниях.
К условиям испытаний относят внешние воздейст-
вующие факторы (как естественные, так и искусственно
создаваемые), а также внутренние воздействия,
вызываемые функционированием объекта (например,
нагрев, обусловленный трением или прохождением
электрического тока) и режимы функционирования
объекта, способы и место его установки, монтажа,
крепления, скорость перемещения и т.п.

Нормальные условия испытаний - это условия испы-
таний, установленные в нормативно-технической доку-
ментации на данный вид продукции. К нормальным усло-
виям обычно относят стандартные физические условия,
определяемые давлением Р = 101325 Па (760 мм рт. ст.) и
термодинамической температурой Т = 273,15 К (0 °C). В
то же время во многих случаях за нормальную
температуру принимают 20 °C или 293 К.

Нормативно-техническая документация - это доку-
ментация, устанавливающая требования к объектам
стандартизации, обязательная для исполнения в
определённых областях деятельности, разработанная в
установленном порядке и утверждённая компетентным
органом. Основные виды научно-технической докумен-
тации - стандарты и технические условия.

Вид испытаний - классификационная группировка
испытаний по определённому признаку.

Категория испытаний — вид испытаний, харак-
теризуемый организационным признаком их проведения
и принятием решений по результатам оценки объекта в
целом.

Объектом испытаний называют продукцию,
подвергаемую испытаниям. Главным признаком объекта
испытаний является то, что по результатам его испытаний
принимается то или иное решение - о его годности или
признании негодным, о возможности предъявления на
следующие испытания, о возможности серийного
выпуска и другие.

В зависимости от вида продукции и программы
испытаний объектом испытаний может являться
единичное изделие или партия изделий, подвергаемая
сплошному или выборочному контролю, отдельный
образец или партия продукции, от которой берётся
оговорённая в нормативно-технической документации
проба.

Метод испытаний - это правила применения
определённых принципов и средств измерений.

Программа испытаний - организационно-мето-
дический документ, обязательный к выполнению,
устанавливающий объект и цели испытаний, виды,
последовательность и объём проводимых экспериментов,
порядок, условия, место и сроки проведения испытаний,
обеспечение и отчётность по ним, а также
ответственность за обеспечение и проведение испытаний
(ГОСТ 16504-81). Эта программа должна содержать
методики испытаний или ссылки на них, если этн они
оформлены как самостоятельные документы.

Методикой испытаний является организационно-
методический документ, обязательный к выполнению,
включающий метод испытаний, средства и условия
испытаний, отбор проб, алгоритмы выполнения операций
по определению одной или нескольких взаимосвязанных
характеристик свойств объекта, формы представления
данных и оценки их точности, достоверность результатов,
требований техники безопасности и охраны окружающей
среды. Методика, определяющая по существу техно-
логический процесс их проведения, может быть
оформлена в самостоятельном документе, в программе
испытаний или в нормативно-техническом документе на
продукцию. Методика испытаний должна быть
обязательно аттестована.

Испытания осуществляют по определённым прог-
раммам, в которых регламентируют план, метод и
средства испытаний.

Планом испытаний называют правила, которые
устанавливают объём выборки, порядок проведения и
средства испытаний.

Проведение испытаний невозможно без средства
испытаний, которым может являться техническое
устройство, вещество и (или) материал для их
осуществления. Понятие «средство испытаний»
охватывает любые технические средства, применяемые
при испытаниях. Сюда относят, прежде всего,
испытательное оборудование, под которым понимают
средства воспроизведения условий испытаний. В средства
испытаний включают средства измерений как
встроенные в испытательное оборудование, так и
применяемые при испытаниях для измерения тех или
иных характеристик объекта или контроля условий
испытаний. К средствам испытаний относят также
вспомогательные технические устройства для крепления
объекта испытаний, регистрации и обработки
результатов, а также основные и вспомогательные
вещества и материалы, реактивы и прочее, применяемое
при испытаниях.

Испытательное оборудование - это средство испыта-
ний, представляющее собой техническое устройство для
воспроизведения условий испытаний (ГОСТ 16504-81).

Системой испытаний называют совокупность средств
испытаний, исполнителей и определённых объектов
испытаний, взаимодействующих по правилам, уста-
новленным соответствующей нормативной документа-
цией.

Данные испытаний - регистрируемые при испыта-
ниях значения характеристик свойств объекта и условий
испытаний, наработок, а также других параметров,
являющихся исходными для последующей обработки.

Результатом испытаний является оценка харак-
теристик свойств объекта, установление соответствия
объекта заданным требованиям по данным испытаний,
результаты анализа качества функционирования объекта
в процессе испытаний.

Рассмотрим классификацию испытаний.

По назначению испытания делят на следующие виды:

-	исследовательские, которые проводят для изучения
определённых характеристик свойств объекта;

-	контрольные, проводимые для контроля качества
объекта;

-	сравнительные, которые являются испытаниями
аналогичных по характеристикам или одинаковых
объектов, проводимых в идентичных (от позднелат.
identicus - тождественный, одинаковый) условиях для
сравнения характеристик их свойств.

Исследовательские испытания проводят с целью:

-	установления или оценки показателей качества
функционирования испытуемого образца в определённых
условиях его применения;

-	выбора наилучших режимов применения объекта
или наилучших характеристик свойств объекта;

-	сравнения множества вариантов реализации объекта
при проектировании и аттестации;

-	построения математической модели функциониро-
вания объекта или оценки параметров математической
модели;
-	отбора существенных факторов, влияющих на пока-
затели качества функционирования объекта;

-	выбора вида математической модели объекта среди
заданного множества вариантов.

По уровню проведения испытания делят на
следующие:

-	государственные. Это испытания важнейших видов
продукции, проводимые головной организацией по госу-
дарственным испытаниям, или приёмочные испытания,
проводимые государственной комиссией или организа-
цией, которой предоставлено право их проведения.
Понятие «государственные испытания» распространено
на важнейшие виды продукции производственно-
технического и культурно-бытового назначения;

-	межведомственные, проводимые комиссией,
которой предоставлено право их проведения несколькими
заинтересованными министерствами или ведомствами,
или приёмочные испытания установленных видов
продукции для приёмки составных частей объекта,
разрабатываемого несколькими ведомствами;

-	ведомственные, которые проводит комиссия,
состоящей из представителей заинтересованного минис-
терства или ведомства.

По этапам разработки продукции испытания бывают:

-	доводочные, т.е. исследовательские испытания,
проводимые при разработке продукции с целью оценки
влияния вносимых в неё изменений для достижения
заданных значений показателей её качества;

-	предварительные - это контрольные испытания
опытных образцов или опытных партий продукции с
целью определения возможности их предъявления на
приёмочных испытаниях;
-	приёмочные - контрольные испытания опытных
образцов, опытных партий продукции или изделий
единичного производства, проводимые для решения
вопроса о целесообразности постановки этой продукции
на производство или использования по назначению.
Приёмочные испытания опытных образцов или партий
продукции проводят для решения вопроса о целесооб-
разности постановки этой продукции на производство, а
приёмочные испытания изделий единичного произ-
водства - для решения вопроса о передаче этих изделий в
эксплуатацию.

Для осуществления контроля качества и приёмки
всех видов готовой продукции устанавливают следующие
основные категории контрольных испытаний:

-	квалификационные - контрольные испытания уста-
новочной серии или первой промышленной партии,
проводимые для оценки готовности предприятия к
выпуску продукции данного типа в заданном объёме;

-	предъявительские - контрольные испытания про-
дукции, проводимые службой технического контроля
предприятия-изготовителя перед предъявлением её для
приёмки представителем заказчика, потребителя или
других органов приёмки;

-	приёмосдаточные - это контрольные испытания
продукции при приёмочных или сдаточных испытаниях.
Они проводятся, как правило, изготовителем продукции;

-	периодические - контрольные испытания выпус-
каемой продукции, проводимые в объёмах и в сроки,
установленные в нормативно-технической документации,
с целью контроля стабильности качества продукции и
возможности продолжения её выпуска;

-	инспекционные (от лат. inspectio - осмотр) - конт-
рольные испытания установленных видов выпускаемой
продукции, проводимые в выборочном порядке для
контроля стабильности качества продукции специально
уполномоченными организациями;

-	типовые - контрольные испытания выпускаемой
продукции, проводимые с целью оценки эффективности и
целесообразности вносимых изменений в конструкцию,
рецептуру или технологический процесс;

-	аттестационные - испытания, проводимые для
оценки уровня качества продукции при ее аттестации по
категориям качества;

-	сертификационные (франц, sertificat от лат. certurn —
верь и facere - делать) - контрольные испытания
продукции, проводимые для установления соответствия
характеристик её свойств национальной или между-
народной нормативно-технической документации.

По условиям и месту проведения испытаний их
подразделяют;

-	на лабораторные, которые проводят в лабораторных

условиях;

-	стендовые, проводимые на испытательных стендах;

-	полигонные (от греч. лоХг/ovoo - многоугольный),
осуществляемые на специальных полигонах;

-	натурные - испытания объекта в условиях, соот-
ветствующих условиям его использования по прямому
назначению с непосредственным оцениванием или
контролем определяемых характеристик свойств объекта.
Натурные испытания реализуются в случае выполнения
трёх основных условий:

1.	Испытаниям подвергается непосредственно
изготов-ленная продукция, т.е. объект испытаний, без
применения моделей изделия или его составных частей.
2.	Испытания проводят в условиях и при воздействии
на продукцию, соответствующих условиям и
воздействиям использования по целевому назначению.

3.	Определяемые характеристики свойств объекта
испытаний измеряют непосредственно и при этом не
используют аналитические зависимости, отражающие
физическую структуру объекта испытаний и его
составных частей. Допускается использование математи-
ческого аппарата статистической обработки эксперимен-
тальных данных;

-	испытания с использованием моделей;

-	эксплуатационные испытания, проводимые в про-
цессе эксплуатации изделия. Одним из основных видов
эксплуатационных испытаний является опытная
эксплуатация.

По своей продолжительности испытания делят на
следующие:

-	нормальные, методы и условия проведения которых
обеспечивают получение необходимого объёма инфор-
мации о характеристиках свойств объекта в такой же
интервал времени, как и в предусмотренных условиях
эксплуатации;

-	ускоренные - это испытания, методы и условия
проведения которых обеспечивают получение необ-
ходимой информации о характеристиках свойств объекта
в более короткий срок, чем при нормальных испытаниях;

-	сокращённые, проводимые по сокращённой про-
грамме.

По виду воздействия испытания бывают:

-	механические (от греч. ps/riavtKs (Ts/_r|vs) -
искусство построения маптин);

-	климатические (от греч. кмца - наклон (земной по-
верхности к солнечным лучам). Следует отметить, что на
территории России зафиксирована температура от - 71 °C
на Оймяконском нагорье до + 55 °C (на Земле - от
- 89,5 °C в Антарктиде до +57,8 °C), высота поверхности
земли над уровнем моря колеблется от - 28 м
(Прикаспийская низменность) до 5642 м (гора Эльбрус),
количество осадков составляет от 150 (Прикаспийская
низменность) до 2000 мм в год (горы Кавказа и Алтая);

-	термические (от греч. тг)£рцЕ - тепло);

-	радиационные (лат. radiatio);

—	электрические (от греч. ЕЛвктроу - янтарь);

-	электромагнитные;

-	магнитные (греч. jiczyvETia магнитный железняк,
отМауустю Xitoo - камень из Магнесин - древнего
города в Малой Азии);

-	химические;

-	биологические (от греч. рюа - жизнь и .. .логия).

По результатам воздействия испытания бывают;

-	неразрушающие;

-	разрушающие;

-	испытания на стойкость;

-	испытания на прочность;

-	испытания на устойчивость.

По определяемым характеристикам объекта испыта-
ния делят на следующие виды;

-	функциональные, проводимые с целью определения
значений показателей назначения объекта;

-	испытания на надёжность, проводимые для опреде-
ления показателей надёжности в заданных условиях;

-	испытания на безопасность;

-	испытания на транспортабельность;

-	граничные испытания, которые проводят для опре-
деления зависимостей между предельно допустимыми
значениями параметров объекта и режимом эксплуата-
ции;

- технологические, проводимые при изготовлении
продукции с целью оценки её технологичности.

В лабораторных и стендовых испытаниях применяют
следующие способы проведения испытаний: последова-
тельный, параллельный и последовательно-параллельный.

При последовательном способе один и тот же объект
испытания последовательно подвергается всем предус-
мотренным программой видам испытаний. Исключение
составляют химические, биологические и механические
(до разрушения) испытания.

При параллельном способе проведения испытаний
объект подвергается одновременно воздействию различ-
ных внешних факторов.

Испытания материалов - определение свойств мате-
риалов на специальных машинах, приборах или приспо-
соблениях при различных условиях.

Виды испытаний материалов:

-	механические - на растяжение, сжатие, изгиб,
кручение, срез, усталость, ползучесть, длительную проч-
ность, удар и т.п.;

-	физические - определение электрической проводи-
мости, теплопроводности, магнитных и других свойств;

-	химические - определение химического состава,
коррозионной стойкости и т.д.;

-	структурные - определение макро- и микрострук-
туры, кристаллической структуры и т.д.

1.4. Контроль качества продукции

Своевременное обнаружение дефектов и оценку
уровня качества осуществляют при техническом контроле
продукции на стадиях её разработки, изготовления,
эксплуатации и ремонта.

Контроль - это операция, заключающаяся в опре-
делении соответствия измеряемых величин допускам,
установленным на их значения для обеспечения
нормального функционирования объекта или процесса.

По ГОСТ 16504-81 технический контроль - это про-
верка соответствия объекта установленным техническим
требованиям.

Суть контроля сводится к осуществлению двух
основных этапов.

1.	Получение информации о фактическом состоянии
некоторого объекта, о признаках и показателях его
свойств. Эту информацию можно назвать первичной.

2.	Сопоставление первичной информации с заранее
установленными требованиями, нормами, критериями,
т.е. обнаружение соответствия или несоответствия
фактических данных требуемым. Информацию о рассог-
ласовании (согласовании) фактических и требуемых
данных можно назвать вторичной.

Таким образом, первый этап контроля - это
измерение параметров объекта, а второй - логическая
операция по сопоставлению результатов измерения и
требуемых характеристик.

На основе полученной на втором этапе информации
вырабатывают соответствующее управляющее воз-
действие на объект контроля. Технический контроль,
результаты которого используют также для управления
технологическим процессом изготовления продукции,
называют активным контролем.

На стадии разработки продукции технический
контроль заключается в проверке соответствия опытного
образца и разработанной технической документации
правилам оформления и техническому заданию.

На стадии изготовления технический контроль
охватывает качество, комплектность, упаковку,
маркировку и количество предъявляемой продукции, ход
и состояние производственного процесса.

На стадии эксплуатации готовой продукции
технический контроль заключается в проверке
соблюдения требований эксплуатационной и ремонтной
документации.

Контроль качества продукции - это контроль
количественных и качественных характеристик свойств
продукции. А оценивание качества продукции
заключается в определении значений характеристик
продукции с указанием точности и достоверности.

Объект технического контроля - подвергаемая
контролю продукция, процессы её создания, применения,
транспортирования, хранения, технического обслужи-
вания и ремонта, а также соответствующая техническая
документация.

Средство контроля - это техническое устройство,
вещество или материал для проведения контроля.

Системой контроля называют совокупность средств
контроля, исполнителей и определённых объектов
контроля, взаимодействующих по правилам, уста-
новленным в соответствующей нормативной документа-
ции.

Автоматическая система контроля - система,
обеспечивающая проведение контроля без участия
человека.

Рассмотрим классификацию видов контроля. При
этом под его видом будем понимать классификационную
группировку контроля по определённому признаку. А под
методом контроля - правила применения определённых
принципов и средств контроля.

По степени создания и существования продукции
различают производственный и эксплуатационный
контроль. При этом производственный контроль
охватывает, как правило, все вспомогательные,
подготовительные и технологические операции. А экс-
плуатационный контроль представляет собой неотъемле-
мую составную часть технического диагностирования
объектов.

Техническая диагностика (от греч. SiayvocrTr/_°cr -
способный распознавать) - это определение технического
состоянии объекта, т.е. установление и изучение
признаков, характеризующих состояние изделия, для
предсказания возможных отклонений их параметров, в
том числе за допускаемые пределы, вследствие чего
возникают отказы, а также разработка методов и средств
эксплуатационного определения состояния изделий с
целью своевременного предотвращения нарушений
нормального режима работы.

Задачами технической диагностики являются
(ГОСТ 20911-89):

-	контроль технического состояния;

-	поиск места и определение причин отказа (неис-
правности);

-	прогнозирование технического состояния.

Контроль технического состояния - проверка соот-
ветствия значений параметров объекта требованиям
технической документации и определение на этой основе
одного из заданных видов технического состояния в
данный момент времени.

По этапам производства контроль бывает:
-	входной, т.е. контроль продукции поставщика,
поступившей к потребителю или заказчику и
предназначенной для использования при изготовлении,
ремонте или эксплуатации продукции;

-	операционный (контроль продукции или процесса
во время выполнения илн после завершения техноло-
гической операции);

-	приёмочный, когда по его результатам принимается
решение о пригодности продукции к поставкам или
использованию;

-	инспекционный - это контроль, осуществляемый
специально уполномоченными лицами для проверки
эффективности ранее выполненного контроля.

По полноте охвата контроль бывает:

-	сплошной;

-	выборочный, когда решение о соответствии или
несоответствии всей продукции установленным
техническим требованиям принимают по результатам
контроля выборки из исследуемой партии продукции;

-	летучий, который проводят в случайное время,
непрерывный и периодический. Эффективность летучего
контроля обуславливается его внезапностью, правила
обеспечения которой должны быть специально
разработаны.

По влиянию на объект контроля, в результате
которого объект (продукции) может сохранить свои
свойства или необратимо изменить их, его делят на
неразрушающий и разрушающий.

Неразрушающий контроль - это такой вид контроля,
после которого продукция может быть использована по
прямому назначению. Один и тот же метод контроля в
зависимости от назначения продукции может быть
отнесён как к разрушающему, так и к неразрушающему.
Например, метод определения твёрдости путём
вдавливания шарика при контроле твёрдости
металлического зеркала - разрушающий, а при контроле
литой станины - неразрушающий, ибо станина с
образовавшейся лункой может быть использована по
назначению.

Неразрушающие методы позволяют вести сплошной
контроль. Необходимость перехода от выборочного
контроля к сплошному возрастает с усложнением
контролируемой продукции. Из всех известных методов
контроля качества наибольшими функциональными
возможностями обладают физические методы
неразрушающего контроля, которые в настоящее время
являются самой массовой технологической операцией.

В соответствии с ГОСТ 18353-79 различают
следующие методы неразрушающего контроля:

1.	Капиллярный метод основан на капиллярном
проникновении в полость дефекта индикаторной
жидкости (керосин, скипидар и др.), хорошо смачи-
вающей материал объекта.

2.	Методы течеискания используют для выявления
только сквозных дефектов в изделиях и перегородках.

3.	Акустический метод неразрушающего контроля
основан на регистрации параметров упругих волн,
возникающих или возбуждаемых в объекте контроля.

4.	При магнитном методе неразрушающего контроля
анализируют взаимодействие магнитного поля с контро-
лируемым объектом.

5.	Электрический метод неразрушающего контроля
основан на регистрации параметров электрического поля,
взаимодействующего с контролируемым объектом
(собственно электрический метод), или поля, возни-
кающего в объекте контроля в результате внешнего вза-
имодействия (термоэлектрический и трибоэлектрический
методы).

6.	Вихретоковый метод реализован на основе анализа
взаимодействия электромагнитного поля вихретокового
преобразователя с электромагнитным полем вихревых
токов, наводимых в контролируемом объекте.

7.	Радиоволновой метод использует регистрацию
изменений параметров электромагнитных волн радио-
диапазона, взаимодействующих с объектом контроля.

8.	Тепловой метод контроля основан на регистрации
изменений тепловых или температурных полей конт-
ролируемых объектов.

9.	При оптическом методе неразрушающего контроля
наблюдают или регистрируют параметры оптического
излучения, взаимодействующего с объектом контроля.

10.	Радиационный метод контроля основан на ре-
гистрации и анализе проникающего ионизирующего
излучения после взаимодействия его с объектом конт-
роля.

Выбор того или иного метода контроля качества и
прогнозирования надёжности определяется следующими
факторами:

1.	Агрегатным состоянием контролируемой среды,
объекта, изделия (газообразное, жидкое или твёрдое).

2.	Физическим состоянием контролируемой среды,
объекта, изделия; диэлектрик (от лат. dia - через и
.. .электрик), полупроводник, проводник, магнит,
немагнит и другие.

3.	Видом структуры контролируемой среды, объекта,
изделия (аморфная, монокристаллическая, поликристалл-
лическая, крупноструктурная неоднородная, слабо- или
сильноанизотропная и т.д.).
4.	Способностью взаимодействовать с проходящим
излучением (слабое или сильное поглощение, слабое или
сильное рассеяние).

5.	Условиями проведения контроля (в вакууме, от лат.
vacuum - пустота, в жидкости, при высокой температуре,
большом давлении, повышенной радиации или влажности
И др.).

6.	Размерами, конфигурацией и конструктивными
особенностями объекта контроля (мало-, средне-,
крупногабаритный, простой или сложной формы, одно-
или многослойный, клеёный и т.д.).

7.	Видом решаемой задачи (дефектоскопия, толщи-
нометрия, диагностика прочности и жёсткости,
структурометрия, влагометрия, плотнометрия, вязко-
метрия, контроль кинетики отверждения, контроль
напряжённо-деформированного состояния, контроль
содержания компонентов и др.).

По применению средств контроля он бывает:

-	измерительный, осуществляемый с помощью
средств измерений;

-	регистрационный, при котором происходит регист-
рация контролируемых параметров объекта или процесса;

-	органолептический, в результате которого первич-
ная информация воспринимается органами чувств
человека;

-	визуальный (от лат. visualis - зрительный);

-	технический осмотр, т.е. контроль, осуществляемый
в основном при помощи чувств и, в случае необходи-
мости, средств контроля, номенклатура которых
установлена соответствующей документацией.

Для технического контроля и диагностики важным
свойством продукции является контролепригодность,
определяющая возможность, удобство и надёжность
технического контроля и диагностирования продукции в
процессе её изготовления, испытания, технического
обслуживания и эксплуатации (ГОСТ 26656-85).

Аттестация (от лат. attestatio - свидетельство)
продукции - это организационно-технические и экономи-
ческие мероприятия, связанные с систематически
проводимой объективной оценкой технико-экономи-
ческих показателей качества продукции.

Сертификация - действие, удостоверяющее пос-
редством сертификата соответствия или знака
соответствия, что данное изделие отвечает определённым
стандартам.
ГЛАВА 2. АГРЕГАТНЫЕ СРЕДСТВА
АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ИЗМЕРЕНИЙ,
ИСПЫТАНИЙ И КОНТРОЛЯ

Организация информационных измерительных систем
базируется на модульном принципе построения
технических и программных средств.

Принцип агрегатирования заключается в том, что
система выполняется как агрегат, состоящий из
функционально независимых и конструктивно
законченных модулей. Измерительная система может
быть построена по агрегатному принципу путём
использования различных комбинаций модулей.

Агрегат (от лат. aggrego - присоединяю) - несколько
машин, объектов, модулей, работающих в одном
комплексе.

При построении агрегатированных систем должны
быть решены задачи совместимости и сопряжения
модулей как друг с другом, так и с внешними
устройствами.

ГСП (Государственная система приборов и средств
автоматизации) предусматривает следующие виды
совместимости, позволяющие объединять модули в
систему: функциональная, информационная, элект-
рическая, эксплуатационная, конструктивная и
метрологическая.

Измерительный канал системы (ГОСТ Р 8.596—2002) -
это конструктивно или функционально выделяемая часть
информационной системы, выполняющая законченную
функцию от восприятия измеряемой величины до
получения результата измерений, выражаемого числом
или соответствующим ему кодом, один из параметров
которого - функция измеряемой величины.
Измерительные каналы могут быть простыми и
сложными. В простом измерительном канале реализуется
прямой метод измерения путём последовательных
измерительных преобразований. Сложный измеритель-
ный канал в первичной части представляет собой
совокупность нескольких простых измерительных
каналов, сигналы с выхода которых используют для
получения результата косвенных, совокупных или
совместных измерений или для получения
пропорционального ему сигнала во вторичной части
сложного измерительного канала.

Структурная схема измерительного канала ИИС
приведена на рис. 2.1.

A Y(X, t)

Рис. 2.1. Измерительный канал ИИС

Обычно входная величина X является функцией
времени, поэтому запишем X(t). На выходе аналогового
11И11 получаем отклик Y(X, t), который отличается от
номинального Y(X, t) на величину погрешности по выходу
Л Y(X, t) = Y - A Y(X, t). Эта погрешность как бы сумми-
руется с номинальным сигналом (рис. 2.1). Помеха АУ
моделирует не только погрешность ИП, но и электричес-
кие наводки в соединительных проводах, влияние
пульсаций давления, расхода и температуры в
технологических трубопроводах и т.п.
Поскольку в ИИС много каналов, то их обслуживание
распределено во времени и каждый канал периодически с
заданным периодом времени to подключается на короткое
время к ЭВМ, в результате чего непрерывная функция
Y(X, t) преобразуется в последовательность импульсов,
модулированных по амплитуде функции Y(X, t). На рис.
2.2 показало квантование по времени функции Y(X, t),
выполняемое коммутатором, в результате чего на его
выходе образуется решётчатая функция

Г Y(t), при t =jt0, j = 0,l,2...
y(Jto) =

I 0, при t jto-

Следующее преобразование, которому подвергается
сигнал измерительной информации, - квантование по
уровню, ныполняемое АТПТ. При этом амплитуды Y(jto)
импульсов преобразуются в число N(jto), выраженное в
кодах, которыми оперирует ЭВМ.

Из изложенного следуют задачи для измерительного
канала ИИС:

-	фильтрация сигнала Y от помехи A Y;
-	восстановление сигнала X(t) по Y(jto) или N(jto), т.е.
интерполяция;

-	оптимизация погрешностей.

Измерительный канал системы подразделяют также на
(МИ 2440-97): аналоговый, аналого-цифровой и цифро-
аналоговый.

Аналоговый измерительный канал - это такой канал,
который несчётному множеству возможных значений
измеряемой величины или её носителя, действующих на
входе канала, ставит в соответствие бесконечное
несчётное множество возможных значений выходного
носителя (показаний) измерительного канала.

Аналого-цифровой канал - это канал, который беско-
нечному несчётному множеству возможных значений
измеряемой величины или ее носителя, действующих на
вход канала, ставит в соответствие конечное счётное
множество возможных значений выходного кода
(показаний) измерительного канала.

Внимательному читателю не составит труда самому
дать определение цифроаналогового канала.

Поэтому в данной главе рассмотрены такие
измерительные компоненты измерительной системы
(см. 5.1), как элементы пробоотбора и пробоподготовки,
аналоговые и дискретные преобразователи сигнала, а
также вычислительные компоненты: интерфейсы, ЦАП и
АЦП.

2.1.	Агрегатные средства автоматических систем

Агрегатные средства автоматических систем контроля
должны обеспечить (ГОСТ 22315-77):

-	непосредственное восприятие от объекта и преобра-
зование характеристик исследуемых событий и величин в
унифицированные сигналы, т.е. в сигналы установлен-
ного для данного типа систем вида с нормированными
параметрами;

-	сбор сигналов от средств первичного преобра-
зования и формирование единого потока данных,
пригодных для передачи и запоминания или ввода в
средства обработки и представления;

-	передачу данных от исследуемого объекта к потре-
бителю по линиям связи;

-	запись, хранение и воспроизведение данных, а также
их перезапись;

-	распределение или объединение потоков данных,
поступающих по нескольким линиям связи, и
преобразование их к виду, воспринимаемому средствами
обработки и представления информации;

-	выполнение вычислительных и логических опера-
ций, необходимых для преобразования данных к виду,
удобному для дальнейшего использования;

-	преобразование данных к виду, воспринимаемому
потребителем информации - человеком или машиной.

Совокупность средств автоматической системы
контроля должна удовлетворять требованиям функцио-
нальной, структурной и параметрической полиоты.

Функциональная полнота должна обеспечить
измерение параметров объекта или процесса, усиление и
преобразование сигналов измерительной информации,
объединение этих сигналов в общий поток, передачу
данных по линиям связи, разделение потока на составные
части и представление данных потребителям в требуемом
виде.

Структурная полиота должна обеспечить возможность
синтеза различных ИИС в соответствии с требованиями,
определяемыми объектом исследования. Она определяет
структуру совокупности агрегатных средств, отра-
жающую номенклатуру (лат. nomenclature! - перечень,
роспись имён) структурных единиц, их классификацию и
предусмотренные взаимодействия.

Параметрическая полнота должна обеспечить
возможность построения из агрегатных средств,
оптимизированных по заданному критерию (например,
точность, стоимость и т.п.) ИИС с заданными
техническими характеристиками. Она достигается
созданием параметрических рядов средств, соответст-
вующих каждой структурной единице совокупности
агрегатных средств.

Агрегатные средства ИИС должны удовлетворять
требованиям функциональной, информационной, элект-
рической, эксплуатационной, конструктивной и метроло-
гической совместимости.

Технические устройства ИИС должны быть функцио-
нально закончены и автономны, для чего:

-	все последовательности тактирующих сигналов,
необходимые для согласованного выполнения отдельных
операций, должны вырабатываться внутри устройства.
Извне устройство должно получать только сигналы,
необходимые для взаимодействия с другими модулями;

-	все служебные и дополнительные данные, необ-
ходимые для последующего понимания информации и
связанные с преобразованиями, выполняемыми данным
устройством, должны формироваться внутри устройства;

-	все питающие токи и напряжения, параметры ко-
торых отличаются от параметров единого питания,
должны вырабатываться в пределах данного устройства;

-	принципы действия устройств не должны зависеть
от смыслового содержания данных, если обратное не
диктуется их назначением.
Информационная совместимость технических средств
ИИС обеспечивается единством форм представления
данных на входах и выходах сопрягаемых устройств и
единством алгоритмов обмена данными между ними.

Электрическая совместимость технических средств
обеспечивается единством электрических сигналов и
цепей на входах и выходах устройств.

Эксплуатационная совместимость технических
средств ИИС обеспечивается согласованностью
характеристик, определяющих сохраняемость свойств
средств в условиях эксплуатации. Она достигается:

-	установлением единых групп исполнения техни-
ческих средств по условиям эксплуатации;

-	установлением единой номенклатуры и методов кон-
троля эксплуатационных характеристик технических
средств в процессе их изготовления, аттестации и
эксплуатации;

-	назначением единых требований к поставке,
хранению, транспортированию и гарантиям изготовителя;

-	установлением единых показателей надёжности тех-
нических средств и единых методов их определения.

Конструктивная совместимость агрегатных средств
обеспечивается согласованностью конструктивных
характеристик средств и достигается:

-	установлением единых рядов присоединительных и
габаритно-установочных размеров и параметров, допус-
каемых предельных отклонений от них;

-	установлением единства форм и размеров элементов
конструкции;

-	выбором единых технологических процессов изго-
товления и сборки технических средств;
-	установлением единых требований эргономики (от
греч. 8p*fov - работа и vopoa - закон) и технической
эстетики.

Метрологическая совместимость обеспечивается
согласованностью метрологических характеристик всех
средств, составляющих тракт преобразования информа-
ции (канал измерения).

Она достигается:

-	установлением единого состава нормируемых метро-
логических характеристик;

-	установлением единых форм представления и
способов нормирования метрологических характеристик;

-	установлением единых методов оценки и контроля
метрологических характеристик;

-	согласованием числовых значений параметров вход-
ных и выходных цепей сопрягаемых агрегатных средств.

Программно-алгоритмическое обеспечение должно
включать:

-	описание функций преобразования, выполняемых
техническими средствами;

-	стандартные программы функционирования агрегат-
ных средств;

-	алгоритмы и программы автоматического самотес-
тирования агрегатных средств;

-	алгоритмы и программы синтеза ИИС;

-	алгоритмы и программы обработки данных и оценки
качества получаемой информации.

В полной мере указанным требованиям соответствует
ГСП - Государственная система промышленных прибо-
ров и средств автоматизации.

ГСП (ГОСТ 12997-84) представляет собой эксп-
луатационно, информационно, энергетически и
конструктивно организованную совокупность средств
измерений, средств автоматизации, средств управляющей
вычислительной техники, а также программных средств.

ГСП основана на стандартных внутренних и внешних
связях, рациональной структуре и конструктивных
формах в модульно-блочном построении её функцио-
нальных устройств и предусматривает их агрегати-
рование в комплексах измерительной, вычислительной,
аналитической и других видов техники для построения
систем информации, контроля, регулирования и
управления.

При построении ГСП использованы следующие
основные принципы, обеспечивающие её технико-
экономическую эффективность:

-	разделение приборов по функциональным признакам
на основе типизации структур построения ИИС и
АСУТП;

-	минимизация номенклатуры на основе создания
параметрических рядов, унифицированных систем и
агрегатов комплексов приборов;

-	блочно-модульное построение приборов на основе
типовых унифицированных блоков, состоящих в свою
очередь из типовых унифицированных модулей;

-	агрегатированное построение сложных устройств и
систем на основе типовых унифицированных блоков и
модулей;

-	совместимость приборов и устройств ГСП при
работе в различных по структуре системах на основе
унификации сигналов связи между приборами,
конструктивов и присоединительных размеров, техничес-
ких и эксплуатационных требований;

-	непрерывность развития на основе блочно-модуль-
ного и блочио-агрегатного построения системы, а также
плановой периодической модернизации и замены одних
видов конструкций приборов другими.

По функциональным признакам средства ГСП можно
разделить на ряд групп в соответствии с их назначением.

Группа 1 представляет собой устройства получения
информации - первичные измерительные преобразова-
тели.

Группа 2 включает в себя средства преобразования и
передачи информации: преобразователи (шифраторы)
информации, каналы связи, преобразователи (дешифра-
торы) информации.

Группа 3 (центральная группа) содержит средства
преобразования, хранения информации и обработки
команд управления: вторичные приборы, регуляторы,
устройства памяти, вычислительные машины.

Группа 4 включает в себя средства преобразования и
передачи команд управления, содержащие устройства,
аналогичные группе 2.

Группа 5 содержит средства воздействия на
технологический процесс: усилители мощности,
исполнительные механизмы (электродвигатели с
редуктором, пневмо- и гидропоршни и т.п.), регулирую-
щие органы (краны, задвижки и др.).

Устройства и средства групп 1 и 5 выполняют более
простые функции, чем средства остальных групп, но они
непосредственно взаимодействуют с управияемым
объектом (процессом), поэтому более специфичны и
менее поддаются унификации и стандартизации.

Рассмотрим классификацию изделий ГСП.

1	. По назначению информационной связи
подразделяют на изделия, предназначенные для
информационной связи с другими изделиями, и не
предназначенные для этого.
2	. По виду энергии носителя сигналов (франц, signal,
нем. Signal, от лат. signum - знак) в канале связи изделия
делят на электрические, пневматические, гидравличес-
кие, комбинированные и другие.

В качестве примера в табл. 2.1.1 приведены основные
виды унифицированных аналоговых сигналов.

Таблица 2.1.1

Основные виды унифицированных сигналов ГСП

Электрические сигналы				Пневма- тический сигнал, кПа
Посто- янный ток, А	Пост, напря- жение, В	Переменное напря- жение, В	Частота, Гц	
0-5  0-20  4-20	0-10  0-20  0-50  0-1000  0-5000  0-10000	0-2	0-8 2-4  4-8 0-100	20-100

3	. В зависимости от эксплуатационной законченности
бывают изделия первого, второго и третьего порядка.

4	. По метрологическим свойствам подразделяют на
средства измерений и на изделия, не являющиеся ими.

5	. По защищённости от воздействия окружающей
среды подразделяют на следующее исполнение:
обыкновенное, защищённое от ныли, воды, агрессивных
сред и взрывозащищённое.
6	. По стойкости к механическим воздействиям: вибро-
устойчивое, вибропрочное, удароустойчивое и ударо-
прочное.

Агрегатный комплекс - это совокупность изделий,
взаимосвязанных между собой по функциональному
назначению или области применения, конструкции,
основным параметрам и техническим данным.

Агрегатные комплексы измерительных систем бывают
общего и специального назначения.

Агрегатные средства общего назначения решают
задачи первичного преобразования и сбора информации,
её обработки и применения: КТС ЛИУС - комплект
технических средств локальных информациоино-
управляющих систем, АСПИ - агрегатные средства
регистрации и первичной обработки текстовой
информации, АСКР - агрегатные средства контроля и
регулирования, АСЭТ - агрегатные средства электро-
измерительной техники, АССТ - агрегатная система
средств телемеханики и т.д.

Специализированные агрегатные средства предназна-
чены для получения и обработки информации в областях
техники, связанных со специфическими измерениями:
АСАТ - агрегатные средства аналитической техники,
АСРТ - агрегатные средства рентгеновской техники,
АСНК - агрегатные средства неразрушающего контроля,
АСИП - агрегатные средства испытаний материалов на
прочность, АСИВ - агрегатные средства измерения
вибраций и т.п.

2.2.	Пробоотбор и пробоподготовка

При качественном и количественном анализе не
всегда можно провести непосредственное измерение
величин, например, при измерениях и контроле в
химической и пищевой промышленности, медицине,
фармацевтике, биологии и др. (см. 6.1, 6.5). Зачастую
требуется отбор пробы, её дозирование и взвешивание,
фильтрование, термообработка, что совершенно не
характерно для измерения электрических величин.

Наличие большого количества методов качественного
анализа, а также необходимость дополнительных
операций при анализе твёрдых образцов (почв, кормов),
связанных с приготовлением из них вытяжки (жидкой
фазы), определили требования, которые необходимо
учитывать при создании средств пробоотбора и
пробоподготовки:

1.	Проба должна быть представительной, т.е. харак-
теризовать действительный состав анализируемой среды.

2.	Проба должна иметь параметры, соответствующие
требованиям, указанным в стандартах или технической
документации.

3.	Проба должна быть обработана согласно методике
анализа с целью выделения или усиления физико-
химических параметров, измерение которых обуслов-
ливает определение требуемого параметра состава и
свойств среды.

Пробоотбор - это совокупность операций, обес-
печивающих отбор пробы от контролируемого объекта,
технической системы или окружающей среды и
преобразование её неизмеряемых параметров с целью
подготовки для обработки в соответствии с методикой
анализа. Его назначение - получение представительной
пробы с соответствующими параметрами. Наиболее
ярким примером пробоотбора являются советские
космические станции «Луна-16», «Луна-20 и «Луна-24»,
осуществившие в семидесятых годах прошлого века
отбор пробы лунного грунта и доставку его на
территорию Советского Союза.

Пробоподготовка - совокупность операций, обеспе-
чивающих подготовку пробы к измерению её параметров
в соответствии с методикой анализа. Её назначение -
обеспечение достоверности измерений.

Таким образом средства пробоотбора - это составная
часть технологического оборудования, а средства
пробоподготовки - составная часть анализатора.

Для реализации пробоотбора и пробоподготовки в
рамках ГСП была разработана АСАТ-ПЖ-Л (агрегатные
средства аналитической техники - для пробоподготовки
жидких сред - лабораторного назначения), в основу
которой были положены следующие системотехнические
принципы:

1.	Возможность сведения многообразия функций
пробоподготовки к ограниченному числу типовых
операций.

2.	Минимизация номенклатуры технических средств с
учётом максимального удовлетворения потребителей на
основе создания агрегатных подкомплексов устройств и
их параметрических рядов.

3.	Построение устройств на основе типовых унифи-
цировавных блоков модулей.

4.	Агрегатное построение аналитических
подкомплексов и систем пробоподготовки жидких сред
на основе унифицированных устройств.

5.	Информационная,	конструктивная,

эксплуатационная, энергетическая и метрологическая
совместимость устройств.

В комплекс АСАТ-ПЖ-Л входят:

1.	Средства дозирования:
-	дозаторы, предназначенные для отбора заданного
объёма дозируемой жидкости по одному каналу и выдачи
его по другому;

-	дозаторы-пробоотборники, служащие для отбора
заданного объёма дозируемой жидкости по одному и
тому же каналу;

-	дозаторы-пробоотборники-разбавители, предназна-
ченные для отбора заданного объёма дозируемой
жидкости и разбавителя по одному и тому же каналу;

-	автоматические бюретки (франц, burette, уменып. от
buire - кувшин), служащие для прецизионного (от франц,
precision - точность) дозирования жидкостей по задан-
ному алгоритму;

-	микропипетки - для ручного пробоотбора и дозиро-
вания малых объёмов жидкости;

-	перистальтические (от греч. рер1отаХт1%оо -
обхватывающий и сжимающий) насосы, которые
непрерывно и без разрушения (в отличие от лопастных,
поршневых и шестерёнчатых насосов) дозируют или
перекачивают жидкость.

Номинальные значения объёмов дозы рекомендуется
выбирать из ряда(1, 1,25,2,2,5 4, 5)40", где п = ... -2,-1,
0,1,2... ит.д.

2.	Средства активизации пробы:

-	активаторы;

-	взбалтыватели;

-	смесители;

-	диспергаторы (от лат. dispergo - рассеиваю).

3.	Средства термообработки:

-	нагреватели;

-	блоки сжигания.

4.	Средства разделения фаз:

-	фильтровальные установки;
-разделители;

-	переливные устройства.

5.	Средства содержания проб:

-	кассеты с ёмкостями;

-	кассеты с измерительными кюветами;

-	кассеты со стандартными кюветами.

6.	Средства пробоотдачи:

-	устройства перемещения проб;

-	устройства подачи проб.

7.	Средства командные и программные:

-	устройства командные;

-	устройства программные.

Для построения систем пробоотбора и пробопод-
готовки газов и газовых смесей служит комплекс
элементов формирования газовых потоков (ЭФГП),
выполняющий следующие функции:

-	очистка от механических примесей;

-	очистка от агрессивных и мешающих анализу неиз-
меряемых компонентов;

-	понижение (редуцирование, от лат. reduce - отвожу
назад) избыточного давления и стабилизация его на
одном из значений заданного диапазона;

-	стабилизация перепада давления в линиях;

-	стабилизация расхода на одном из значений в
диапазоне 0,1 - 200 л/ч;

-	охлаждение газа с помощью водяных и термо-
электрических холодильников;

-	транспортирование анализируемого газа по газовым
трактам анализаторов;

-	ограничение расхода газа и его регулирование;

-	индикация расхода газа и сигнализация об отклоне-
нии от заданного режима работы системы пробоподготов-
ки.
Комплекс элементов формирования газового потока
включает в себя следующие технические средства:

1,	Фильтры очистки от механических примесей,
химические и физико-химические, электрофильтры.
Принцип действия фильтров основан на осаждении
механических частиц на фильтрующем элементе, в
качестве которого используют керамику и метало-
керамику, металлическую сетку, стеклоткань, нейлоно-
вую ткань и ткань Петрянова (И.В. Петрянов-Соколов -
советский физикохимик, 1907 - 1995).

2.	Холодильники и сборники конденсата.

3.	Стабилизаторы избыточного давления, перепада
давле-ния, расхода, повторители давления. Их действие
основано на уравновешивании сил упругой деформации
задающей пружины и давления или перепада давления на
мембране.

4.	Стабилизаторы абсолютного давления, принцип
действия которых основан на автоматическом
поддержании постоянного перепада давления на
дросселе, ограничивающем расход газа. Принцип их
действия основан на изменении сопротивления пары
сопло-заслонка в зависимости от давления в корпусе
стабилизатора, где расположен вакуумированный силь-
фон (англ. Silphon - фирменное назвавне), приводящий в
движение заслонку.

5.	Сопротивления пневматические: постоянные и
регулируемые.

6.	Побудители расхода: мембранные вибрационные
(от лат. vibratio - колебание), мембранные с электро-
двигателем, мембранные пневматические и эжекционные
(от франц, ejecter - выбрасывать) пневматические.

7.	Клапаны электромагнитные, пневматические и
электро-пневматические, принцип действия которых
основан на переключении газовой линии за счёт
автоматического срабатывания различного типа
приводов.

8.	Краны механические.

9.	Вентили запорные.

10.	Реле (франц, relais) перепада давления, принцип
действия которого заключается в механической передаче
перемещения чувствительного элемента - сильфона - на
контактные группы, расположенные на качающемся
рычаге.

11.	Индикаторы расхода ротаметрические (от лат.
rota - колесо, roto - вращаю и ...метр), основанные на
ручном регулировании зависимости положения поплавка
в конической трубке от величины расхода газа, и
устройства для измерения расхода. Работа
автоматического расходомера основана на измерении
термопарой температуры наружной поверхности трубки,
по которой течёт газ.

На рис. 2.2.1 изображена типовая структурная схема
формирования газовых потоков в системе пробоподготов-
ки газоанализаторов. Она реализована с помощью техни-
ческих средств ЭФПГ и выполняет следующие функции:

-	очистка газа с помощью фильтров;

-	поддержание давления газа до и после чувствитель-
ного элемента газоанализатора (стабилизаторы избыточ-
ного давления, пневмосопротивления, стабилизаторы
перепада давления);
Рис. 2.2.1. Типовая структурная схема системы пробоподготовки
-	индикация (от лат. indico - указываю, определяю)
расхода газа или сигнализация об отклонении от
заданного режима работы (индикаторы расхода, реле
перепада давления);

-	транспортировка газа после анализа в линию с избы-
точным давлением (побудители расхода газа).

На рис. 2.2.2 приведена функциональная схема
системы отбора и подготовки пробы технологического
газа применительно к термомагнитному газоанализатору
ГТМК-2. Он предназначен для измерения в воздухе
концентрации кислорода, который обладает наибольшей
магнитной восприимчивостью (на 2-3 порядка больше,
чем у других газов).

Система работает следующим образом. С помощью
газозаборного устройства 2 из магистрального
трубопровода 1 анализируемый газ самотёком поступает
в холодильник 3, охлаждаемый водой, а затем - в сборник
конденсата 4. Пройдя через фильтр 5 и стабилизатор (от
лат. stabilis - устойчивый, постоянный) давления 6, проба
поступает в первичный измерительный преобразователь
газоанализатора 7. Пневматическое сопротивление 8 и
стабилизатор давления «после себя» 9 позволяют
стабилизировать перепад давления на газоанализаторе.
Расход анализируемого газа регулируют ротаметром 10.
Далее газ попадает в демпфирующую (нем. Dampfer -
глушитель, от dampfen - заглушать) ёмкость 11, откуда
побудителем расхода 12 под давлением закачивается
обратно в магистральный газопровод 1.
Рис. 2.2.2. Функциональная схема пробоподготовки технологического газа:

1 — магистральный трубопровод; 2 — газозаборное устройство; 3 — холодильник;

4 - сборник конденсата; 5 - фильтр; 6 - стабилизатор; 7 - датчик газоанализатора;

8 - пневматическое сопротивление; 9- стабилизатор давления; 10 - индикатор
расхода; 11 — демпфирующая ёмкость; 12 — побудитель расхода
2.3.	Аналоговые преобразователи сигналов

Перед введением различных сигналов датчиков в ЭВМ
часто требуется их предварительная обработка, которая
упрощает и облегчает дальнейшие операции над этими
сигналами. Для предварительной обработки сигналов
чаще всего используют следующие устройства.

Усилители служат для усиления электрических
сигналов. Они являются наиболее универсальными
электронными устройствами, которые используются
практически во всех электронных системах.

Усилители характеризуют коэффициентом усиления,
частотной характеристикой, входным и выходным
сопротивлением и т.п.

Операционный усилитель (ОУ) — это усилитель с не-
посредственными связями, большим коэффициентом уси-
ления (10б и более), большим входным сопротивлением
(106 Ом и более), дифференциальным входом, несиммет-
ричным выходом с малым выходным сопротивлением.
Первоначально термин «операционный усилитель»
обозначал дорогой прецизионный усилитель постоянного
тока, применяемый в аналоговых вычислительных
машинах для выполнения математических операций.
Достижения интегральной технологии привели к
созданию дешёвых полупроводниковых ОУ, по своим
параметрам превосходящим аналоги из дискретных эле-
ментов. На базе ОУ создано несколько десятков электрон-
ных узлов. Операционный усилитель представлен на
рис. 2.3.1, а его частотная характеристика — на рис. 2.3.2.

Вход 1 называют неинвертирующим (от лат. inverto —
переворачиваю, изменяю). При подаче сигнала на этот
вход выходное напряжение имеет тот же знак.
Рис. 2.3.1. Условное обозначение операционного
усилителя

Рис. 2.3.2. Частотная характеристика операционного
усилителя

Вход 2 называют инвертирующим. При подаче сигнала
на этот вход выходное напряжение имеет обратный знак.
Между входами 7 и 2 образуется дифференциальный вход
усилителя.
Входы и выход ОУ обычно выполняют на нулевом
уровне, т.е. в исходном состоянии, при отсутствии
входного сигнала напряжения на обоих входах и выходе
равны нулю. При подаче входного сигнала напряжение на
выходе в зависимости от полярности напряжения питания
может увеличиваться или уменьшаться.

Инвертирующий усилитель на базе ОУ представлен
на рис. 2.3.3. Коэффициент усиления усилителя равен

К = - —, его входное сопротивление ЯЙТ.,Г = Ri, а
Я,

выходное сопротивление Rehayc. =	.

Если R} — Я2, то К = - 1, т.е. в этом случае инверти-
рующий усилитель будет только менять знак входного
сигнала без изменения его величины.

На рис. 2.3.4 представлен неинвертирующий усили-
тель. Коэффициент его усиления равен К — 1+—,
входное сопротивление R^-yc = R3 + Лв%[1 + RiK^Ri +

Рис. 2.3.4. Неинвертирующий усилитель на ОУ

Преобразователь сопротивления преобразует высокое
выходное сопротивление каскада в низкое (например,
эмиттерный или катодный повторитель) или наоборот.

На рис. 2.3.5 приведён повторитель сигнала на базе
ОУ. Коэффициент усиления повторителя К ~ 1, его
входное сопротивление R^-noem ~ R<w'K- т.е. очень большое.

Выходное сопротивление К,ыхповт~	0. Такие

К

параметры позволяют повторителю согласовывать
высокоомный источник сигнала с низкоомной нагрузкой.
Рис. 2.3.5. Повторитель сигнала на ОУ

Интегратор (рис. 2.3.6) - это устройство для интегри-
рования входного сигнала.

Рис. 2.3.6. Интегратор на ОУ

Выходное напряжение интегратора

=	(2-3.1)
Входное сопротивление интегратора = Ri, а
ВЫХОДНОе Сопротивление /?вых mm. - Renx-

Дифференцирующее устройство на базе ОУ представ-
лено на рис. 2.3.7. Выходное напряжение дифференциа-
тора

du (f)	t(y,-1)

ивых = -RC—(1-е RC ).	(2.3.2)

dt

При этом относительная погрешность дифференциро-
вания

MJ(t) t(gtl)
3U(t) = е RC

Ua(t)

(2.3.3)

Рис. 2.3.7. Дифференцирующее устройство на ОУ

Двухвходовой инвертирующий сумматор приведён на
рис. 2.3.8.
При Ri - R2 коэффициент усиления К = - 1, тогда
выходное напряжении сумматора равно

Uвых = - (Ugxl + Ugx2)-

(2.3.4)

Входное сопротивление сумматора равно Rgx-сум ~ Ri>
а выходное сопротивлении	•

Компаратор (лат. comparator, от сотраго - сравниваю)
служит для сравнения двух величин и скачкообразного
изменения выходного напряжения, когда одно из
сравниваемых напряжений больше другого. Компаратор,
приведённый на рис. 2.3.9, сравнивает входное
напряжение с нулевым потенциалом, при этом выходное
напряжение принимает два крайних значения ± Unac, где
U»ac - напряжение насыщения:

Uex >0, Uвых = + иК!

Uex	ивых = - Un

(2.3.5)
RI

Рис. 2.3.9. Компаратор на базе ОУ

Компараторы характеризуются чувствительностью
(точность, с которой компаратор может различить
входной и опорный сигналы), быстродействием,
нагрузочной способностью, т.е. способностью
компаратора управлять определённым числом входов
цифровых устройств и др.

Если напряжение опорного сигнала равно нулю, то
компаратор называют нуль-индикатором или детектором
нулевого уровня.

Схема логарифмического сжатия (логарифмический
усилитель) сжимает динамический диапазон выходного
сигнала. Сжатие (уменьшение) динамического диапазона
сигнала применяют для регистрации сигналов, уровень
которых изменяется в широких пределах, а также для
повышения кпд усилителей, помехоустойчивости уст-
ройств связи. Схема логарифмического усилителя на ОУ
приведена на рис. 2.3.10.
Рис. 2.3.10. Схема логарифмического усилителя на ОУ

Напряжение на выходе этого усилителя

кТ JJ
ивых=-—1п^>	(2.3.6)

1 ИЦ

где к = 1,3810 й Дж/°С - постоянная Больцмана
(L. Boltzmann - австрийский физик XIX века); Т — абсо-
ну1

лютная температура; q - заряд электрона; — - темпе-
<1

ратурный потенциал.

Антилогарифмический усилитель (рис. 2.3.11)
реализует следующую функцию:

гЧ,

UeNX= RI3ffe а .	(2.3.7)
Рис. 2.3.11. Схема антилогарифмического усилителя

Преобразователь ток-напряжение преобразовывает
токовый выходной сигнал в соответствующее изменение
напряжения.

Преобразователь действующих значений преоб-
разовывает выходной сигнал переменного тока в сигнал
постоянного тока с тем же действующим значением.

Фильтр (франц, filter, от средневек. лат. filtrum - букв,
войлок) - устройство, предназначенное для разделения
частот. Частотные свойства фильтра характеризуются его
амплитудно-частотной характеристикой (рис. 2.3.12).

Различают фильтры низких частот, пропускающие
колебания с частотой не выше граничной (0</^) (а),
полосовые, которые пропускают колебания в интервале
частот (fi<f^2) (б), верхних частот (f>fo) (в) и режектор-
ные заграждающие, задерживающие колебания в
заданной частотной полосе (полоса непропускания
Л<££)(г).
Рис. 2.3.12. Амплитудно-частотные характеристики
фильтров:

а - фильтр НЧ; б - полосовой фильтр; в - фильтр ВЧ;
г - режекторный фильтр
Фильтры бывают пассивные и активные. Пассивные
фильтры составлены только из пассивных R-, С- и L-
элементов. Активные же фильтры кроме перечисленных
элементов содержат активные электронные приборы:
транзисторы, усилители или специальные приборы:
гираторы (англ, gyrator от лат. gyros - круг), инверторы
сопротивлений и др. Наиболее распространены активные
фильтры на операционных усилителях. Пассивные LC-
фильтры приведены на рис. 2.3.13.

При сравнительно низких частотах (< 100 кГц) в ГС-
фильтрах нужны большие индуктивности, которые по
габаритам значительно превышают интегральные
микросхемы. Поэтому широкое применение нашли
активные КС-фильтры на операционных усилителях.

Рис. 2.3.13. Схемы пассивных ГС-фильтров:
а - фильтр НЧ; б - фильтр ВЧ; в - полосовой фильтр

На рис. 2.3.14 приведена схема активного .КС-фильтра
низких частот второго порядка, передаточная функция

которого равна

Ки(р) =

p2 + dcJHp+a2H'

(2.3.8)
Заметим, что эта функция при Ко =1, d = —	,

представляет собой передаточную функцию

Г-звена LC-фильтра (рис. 2.3.13 а), нагруженного
сопротивлением R. Соответствующие параметры функ-
ции (2.3.8) фильтра НЧ, собранного по схеме рис. 2.3.14,
будут:

Рис. 2.3.14. Схема активного 7?С-фильтра НЧ на ОУ

Цифровые фильтры лишены таких недостатков
аналоговых фильтров, как сложность и трудоёмкость
реализации, сравнительно малая стабильность парамет-
ров. Электрические фильтры на основе цифровых фильт-
ров выполняют по схеме на рис. 2.3.15.
АЦП

ЦФ > ЦАП

ФНЧ

Рис. 2.3.15. Электрический цифровой фильтр

Поступающий на вход электрического фильтра
аналоговый сигнал Ua^i) с помощью АЦП преобразуется
в цифровой сигнал UaeAk). Последний в цифровом
фильтре ЦФ подвергается цифровой обработке.
Выходной цифровой сигнал Uoebtx(k) в ЦАП преобразуется
обратно в аналоговый сигнал, который сглаживается
фильтром низких частот. Преобразование аналогового
сигнала в электрическом фильтре описывается с
помощью интегралов Дюамеля (J.M.C. Duhamel -
французский математик, 1797 -1872).

Схема линеаризации корректирует выходной сигнал с
целью линеаризации статической характеристики.

Нормирующий преобразователь приводит входной
сигнал X в выходной У, размер информативного
параметра которого приведён к стандартному диапазону
(см. табл. 2.1.1) по формуле

> <23-9>

Л max Л min

где Xmin, Хна* - нижний и верхний пределы диапазона
измерения X;	- минимальное и максимальное

значение нормированного сигнала.

Калибратор (франц, caliber) - многозначная мера,
включающая в свой состав ЦАП, и служащая для
периодической поверки средства измерении путём
подключения к его входу.
Амплитудный ограничитель служит для ограничения
амплитуды или изменения формы сигнала. Различают
ограничители по максимуму («сверху»), ограничители по
минимуму («снизу») и двусторонние ограничители. В
зависимости от способа подключения нагрузки различают
последовательные и параллельные ограничители.

Фиксаторы уровня используют для смещения сигнала,
в том числе импульсного (см. 2.4), по оси ординат на
определённый уровень. Различают фиксаторы нулевого и
ненулевого уровня.

2.4.	Дискретные (цифровые) преобразователи
сигналов

Устройства, выполняющие операции на основе
представления информации в цифровых или дискретных
кодах, называют цифровыми. Делают их в виде той или
иной серии логических элементов. Микросхемы,
выполненные по биполярной технологии и
схемотехнической реализации, делят на следующие
группы:

1.	Транзисторная (от англ, trans(fer)... - переносить и
.,.(ре)зис»1о/?) логика с непосредственной связью между
логическими элементами - ТЛНС.

2.	Транзисторная логика с резистивными связями
между логическими элементами - ТРЛ.

3.	Резистивно-емкостная транзисторная логика -
РЕТЛ.

4.	Диодно-транзисторная логика (от греч.
6»|/(vapi(y)... - сила и .. .(электр)од) - ДТЛ.

5.	Транзистор-транзисторная логика - ТТЛ.

6.	Эмиттерно-связанная логика - ЭСЛ.

7.	Инжекционная интегральная логика (И2Л) и другие.
С использованием полевых транзисторов наибольшее
развитие получили микросхемы КМПД-логики.

Цифровые интегральные схемы (ИС) ТЛНС, ТРЛ,
РЕТЛ, ДТЛ хотя и продолжают выпускаться
промышленностью, но используются только для
комплектации находящейся в эксплуатации электронной
аппаратуры. Наибольшее распространение в настоящее
время получили серии ИС, построенные на основе ТТЛ,
ЭСЛ, И2Л, КМПД-логики.

Основными параметрами цифровых ИС являются:
реализуемая логическая функция, быстродействие,
потребляемая мощность, степень интеграции и т.п.

Рассмотрим основные дискретные (цифровые)
преобразователи сигналов, используемые в ИИС.

Одним из основных элементов вычислительной
(цифровой) техники является триггер, который относят к
классу бистабильных генераторов прямоугольных
импульсов. Триггер (англ, trigger — защёлка, спусковой
механизм) — спусковое устройство с двумя устойчивыми
состояниями, в которых оно может находиться
произвольно долго — до воздействия на него внешнего
сигнала. В качестве элементной базы триггеров можно
использовать любые логические элементы на биполярных
и полевых транзисторах.

По способу приёма информации триггеры
подразделяют на синхронные и асинхронные.
Асинхронные триггеры воспринимают сигналы и
реагируют на ннх в момент появления на входе триггера.
Синхронные же триггеры реагируют на информационные
сигналы только при наличии разрешающего сигнала на
входе С, который называют входом синхронизации.
Синхронные триггеры подразделяют на триггеры со ста-
тическим и динамическим управлением.
В цифровых устройствах используют следующие
основные типы информационных входов (сигналов):

5 (от англ, set — включение, установка единицы) — вход
установки в состояние 1;

R (от англ, reset — сброс, установка нуля) — вход
установки в состояние 0;

Т — счётный вход;

D (от англ, date - данные и delay - задержка) -
информационный вход для установки в 1 или 0;

V—вход, разрешающий изменение состояния;

J (от англ, jerk — толчок, резкое движение) — вход
переключения из состояния 0 в состояние 1;

К (от англ, killer — убийца) — вход переключения из
состояния 1 в состояние 0;

С (от англ, clock pulse — тактовый импульс) —
управляющий, синхронизирующий вход;

Q (от англ, quit - выход) - выход.

По своим функциональным возможностям триггеры
бывают:

—	с раздельной установкой состояний 0 и 1 (7?5-триг-
гер);

—	с приёмом информации по одному входу D (D-тркг-
гер);

—	со счётным входом Т (Т-триггер);

—	универсальный триггер с информационными входа-
ми J и К (JK-трагтър) и другие.

Условное обозначение одного из вариантов триггера —
двухтактного синхронного D-триггера приведено на
рис. 2.4.1. Он имеет следующую функцию переключения:

s = C2D, r= Q, Q = C2D+CiQ.	(2.4.1)
D  С1  С2	Т

Рис. 2.4.1. D-триггер

Триггеры характеризуются быстродействием, чувст-
вительностью, потребляемой мощностью, помехо-
устойчивостью, своими функциональными возможнос-
тями и др.

Регистр (от средневек. лат. registrum - список,
перечень) - устройство, предназначенное для выполнения
операций приёма, хранения, сдвига и передачи чисел,
адресов, команд. Регистр представляет собой триггерную
линейку, при этом число триггеров соответствует числу
разрядов в слове. По способу записи слова регистры
делят на параллельные (однофазные и парафазные), когда
все разряды слова передаются одновременно, последо-
вательные (синхронные и асинхронные) и параллельно-
последовательные.

Основной характеристикой регистра является его
быстродействие.

Условное обозначение четырёхразрядного регистра
сдаига с параллельным и последовательным входами
приведено на рис. 2.4.2 (RG, от англ, register - регистр).
Коммутация (новолат. commutator, от лат. commute —
меняю, изменяю) - это соединение одного из М ис-
точников сигнала с одним из N приёмников. Различные
схемы коммутаторов приведены на рис. 2.4.3. При
получении устройством управления (УУ) адресов
источника сигнала и его приёмника оно осуществляет
соединение. В результате этого сигнал Y, на входе
приёмника становится равным сигналу Xj на выходе: Yt -
Xj, где 1 < i <М, 1 <j <N. Такое управление называется
адресным. Схема на рис. 2.4.3 б позволяет один из многих
источников подключать к одному приёмнику. Прибор,
реализующий такую функцию, называют коммутатором
или мультиплексором. На рис. 2.4.3 в приведена схема
распределителя (демультиплексора), который распреде-
ляет сигнал X одного источника между входами многих
приёмников.
Коммутаторы характеризуются ёмкостью (числом
соединяемых каналов), быстродействием (частота
переключения может превышать 1 МГц), числом
параллельно коммутируемых линий, временем

переключения и др.

Условное обозначение одного из вариантов
мультиплексора приведено на рис. 2.4.4 (MUX, англ,
multiplexer, от лат. multiplex - сложный).

В зависимости от комбинации сигналов управления
XI, Х2, ХЗ он обеспечивает коммутацию одного из восьми
информационных входных сигналов D на выход Y.

Сигнал синхронизации V в данном случае имеет
нулевое активное значение, разрешающее передачу
информации с одного из входов на выход.
Рис. 2.4.4. Мультиплексор на восемь входов с сигналом
синхронизации

Структурная формула, определяющая функционирова-
ние мультиплексора на рис. 2.4.4, имеет вид:

У = Х, Х2 Х3 V Dov XiX2 VD; v

V ~Х~}Х2Х~3 VD2./ ~Х~} X^X3VD3v XiX2Y3 VD4v

V ~Х~>Х2Х3УО5 vX^X-iVDevX&XiVD?. (2.4.2)

Мультиплексор, реализованный по схеме на рис. 2.4.3
в, называют демультиплексором (DM, англ,
demultiplexer).

Условное обозначение демультиплексора с четырьмя
выходами приведено на рис. 2.4.5, а его состояний - в
табл. 2.4.1.
D  XI  Х2	DM	1  2  3  4

Рис. 2.4.5. Демультиплексор

Таблица 2.4.1

Таблица состояний демультиплексора

Адресные вводы		Выходы			
XI	Х2	1	2	3	4
0	0	D	0	0	0
0	1	0	D	0	0
1	0	0	0	D	0
1	1	0	0	0	D

Кодирование (франц, code, от лат. codex - свод,
сборник) есть представление информации в виде
совокупности сигналов, составленной в соответствии с
выбранным кодом, т.е. преобразование символов одного
кода в символы другого.

Кодирование информации используют:

-	для сообщения по одному каналу связи нескольких
сообщений;

-	повышения помехоустойчивости и достоверности;

-	уменьшения избыточности;

-	засекречивания передачи данных;

-	снижения стоимости хранения и передачи информа-
ции.
Шифратор преобразовывает дискретную информацию
в дискретные сигналы в виде кодовых комбинаций.

Условное обозначение одного из вариантов
шифратора приведено на рис. 2.4.6 (CD, от англ, coder -
шифратор). Этот шифратор преобразует десятичные
чиснаО, 1, 2 ... 9 в двоичное представление в коде 8421.

Дешифратор выполняет обратную задачу, т.е.
однозначно восстанавливает передаваемые дискретные
сообщения.

Дешифратор имеет число входов, равное разрядности
принимаемого кода, и число выходов, равное возможному
числу кодовых комбинаций. Такое устройство
вырабатывает единичный сигнал на определённом выходе
только в том случае, когда на вход поступает код числа,
соответствующего номеру этого выхода.

Условное обозначение одного из вариантов
дешифратора приведено на рис. 2.4.7 (DC, от англ,
decoder - дешифратор).
Изображённый на рис. 2.4.7 дешифратор использует
трёхразрядный код (и = 3) и имеет по три прямых и
инверсных входа и восемь выходов по числу возможных
чисел, так как 23 = 8.

Устройство сравнения кодов является аналогом
компаратора (см. 2.3) и предназначено для выработки
выходного сигнала в том случае, когда поступающие на
его вход коды двух чисел оказываются одинаковыми.

Условное обозначение одного из вариантов
устройства сравнения приведено на рис. 2.4.8.

В нём происходит сравнение двух трёхразрядных
кодов, при этом два числа считаются равными, если три
разрядных коэффициента первого и второго числа
одинаковы.
Селекторы (от англ, select - выбирать) импульсов
выделяют из некоторой совокупности различных
сигналов импульсы с заданными параметрами. Различают
селекторы импульсов по амплитуде, длительности,
периоду или частоте повторения. Признаком селекции
может служить и временное положение импульса.
Селекторы, осуществляющие выделение импульсов с
заданным временным положением, называют
временными.

Счётчик импульсов предназначен для подсчёта
импульсов, поступивших на его вход за определённое
время, путём использования бинарных пересчётных
триггеров.

Счётчики различают по направлению счёта
(суммирующие - прямого счёта, вычитающие - обратного
счёта и реверсивные), способу кодировки внутренних
состояний, на синхронные и асинхронные, по способу
организации межразрядных связей (с последовательным,
параллельным и комбинированным переносом).

Условное обозначение счётчика импульсов приведено
на рис. 2.4.9 (СТ, от англ, counter - счётчик). Цифра 2
указывает, что это - двоичный счётчик.

Рис. 2.4.9. Двоичный счётчик импульсов

Этот счётчик является реверсивным (от лат. reversio -
возвращение, возврат) четырёхразрядным двоичным
счётчиком, допускающим предварительную запись
любого (в пределах разрядности счётчика) числа в его
счётные разряды.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ, см. 5.4)
входит в состав центрального процессора и предназна-
чено для выполнения арифметических операций.

Условное обозначение четырёхразрядного АЛУ приве-
дено на рис. 2.4.10 (ALU, от англ. Arithmetic Logic Unit).
Рис. 2.4.10. Четырёхразрядное АЛУ

Это АЛУ выбором соответствующего кода на входе Е
реализует одну из трёх арифметических или четырёх
логических функций, причём как в прямых, так и в
инверсных операциях.

2.5. Интерфейс

Интерфейс (англ, interface - согласовывать, сопря-
гать) - совокупность средств и правил, обеспечивающих
взаимодействие устройств вычислительной машины или
системы обработки информации и (или) программ
(ГОСТ 15971-90).

Интерфейс - это устройство сопряжения, а в широком
смысле - совокупность механических, электрических и
программных средств, позволяющих сопрягать модули в
систему.
Стандартизации в интерфейсе обычно подлежат
форматы передаваемой информации, команды и
состояния, состав и типы линий связи, алгоритм
функционирования, передающие и приёмные электрон-
ные схемы, параметры сигналов и требования к ним,
конструктивные решения.

По своему назначению интерфейсы бывают
машинные, системно-модульные и системно-приборные.

Машинные - это такие интерфейсы, которые соеди-
няют центральный процессор ЭВМ с другими её
функциональными блоками.

Системные - интерфейсы, решающие задачу унифи-
кации сопряжения модулей, предназначенных для работы
в системе. Они не рассчитаны на работу в качестве
автономных приборов.

Приборные - интерфейсы, объединяющие в систему
модули-приборы, которые могут работать автономно, и
для которых характерны значительные функциональные
возможности (измерение ряда параметров, различные
режимы работы, программируемость и т.п.).

Различают три основные схемы соединения модулей
(рис. 2.5.1).

Каскадная (цепочечная, децентрализованная схема)
применяется, когда общий поток информационных
сигналов в каждый данный момент времени связывает
между собой только один объект исследования, один
источник испытательных сигналов и один измерительный
прибор.

Радиальная (централизованная) схема характерна для
случая, когда к центральному модулю надо подключить
несколько модулей. При этом модули присоединяют без
коммутатора (непосредственно), т.е. центральный модуль
имеет достаточное число каналов для обмена данными.
Магистральная (с централизованным управлением)
схема. Если число каналов центрального модуля меньше
требуемого числа, то отдельные модули связывают с
центральным модулем через общую магистраль с
последовательным по времени обращением. При каждом
обращении (запросе) к центральному модулю
подключается только тот модуль, адрес которого
вызывается программой.

Возможны и комбинированные схемы: каскадно-
радиальная, каскадно-магистральная и др.

В ИИС используют различные типы интерфейсов:
МЭК, КАМАК, RS-232, RS-485, ISA, PCI, PDP-11, атакже
системные интерфейсы: 8, 16, 32-разрядные микроЭВМ и
другие.

Интерфейс МЭК

Интерфейс МЭК называют также интерфейсом ШЕЕ-
488 (Institute of Electrical and Electronic Engineering) или
HP-IB (Hewlett Packard Interface Bus). Он рекомен-дован
Международной электротехнической комиссией (МЭК)
в качестве международного стандарта, принят он и в
нашей стране - ГОСТ 26.003-80. Интерфейс предназна-
чен для цифровых измерительных приборов и устройств.

Интерфейс МЭК имеет следующие характеристики:

-	длина подключения, м, не более	20

-	число подключаемых модулей, не более	15

-	общее число приёмников и источников
информации (передатчиков):

при однобайтовой адресации	<31

при двухбайтовой адресации	< 961

-	скорость передачи, Мб/с не более	1

-	высокий уровень напряжения в пинии
соответствует уровню > 2 В, а низкий - < 0,8 В.
Рис. 2.5.1. Структурные схемы интерфейсов:
а - каскадная (цепочечная); б - радиальная (централизо-
ванная); в - магистральная (с централизованным управле-
нием); И-интерфейс
Достоинство стандарта МЭК - отсутствие каких-либо
ограничений на конструктивы и способы построения
приборов, обеспечение возможности объединения в
систему в заданном сочетании практически любых,
отвечающих требованиям интерфейса, приборов.

По характеру взаимодействия с магистралью
интерфейса стандарт устанавливает четыре группы
функциональных устройств: контроллер, приёмное,
передающее и приёмно-передающее.

Интерфейс МЭК (рис. 2.5.2) представляет собой
шестнадцатилинейную двунаправленную пассивную
линию связи, называемую магистралью, к которой можно
подключить параллельно до 15 различных приборов, в
том числе и контроллер. Функционально линии,
образующие магистраль, группируются в три шины:
данных, согласования передачи и общего управления.

Для соединения функциональных узлов, блоков и
приборов между собой служат цепи, называемые
линиями.

Группа линий, предназначенных для выполнения
определённых функций в программно-управляемом
процессе передачи данных, называется шиной.

Конструктивно интерфейс состоит из кабеля, разъёмов
и печатных плат.

Шина данных состоит из 8 линий. Обмен информацией
по линиям осуществляется бит-парал-лельным (бит, от
англ. Binary digiT) байт-последователь-ным (байт, англ,
byte - восьмибитовое слово) способом, т.е. в форме
параллельных битов и последовательных байтов (рис.
2.5.3).
Шина согласования передачи - 3 линии

Рис. 2.5.2. Интерфейс МЭК
Байт
rh

Бит

Направление передачи данных

Рис. 2.5.3. Схема передачи данных по шние

Шина данных служит для передачи (приёма) основных
данных: результатов измерения, адресных, программных,
управляющих данных и данных состояний, т.е. цифровых
данных, адресов модулей и многолиневных универсаль-
ных команд.

Особенность интерфейсной шины такова, что
одновременно могут работать несколько «слушающих»
(принимающих) приборов, но среди них только один
«говорящий» (передающий).

Шина согласования передачи - это шина синхро-
низации, она объединяет три линии. По ним передаются
сигналы согласования, подтверждающие соответствие
состояний приборов, что необходимо для обмена
информацией, т.е. передачи байта информации от
контроллера или «говорящего» прибора «слушающему».
Эти сигналы называются квитирующими (от слова
квитанция, итал. quitanza).
Обмен данными между модулями может быть
синхронным или асинхронным. Первый позволяет
получить большую скорость обмена данными, но все
модули при этом должны иметь примерно одинаковое
быстродействие. Интерфейс МЭК осуществляет асинх-
ронный обмен информацией.

Для асинхронного обмена основополагающей является
процедура установления соответствия. Есть два варианта.
В первом «говорящий» прибор устанавливает флаг
(сигнал готовности), когда завершена подготовка данных
для передачи, и ждёт готовности «слушающего» прибора.
В интерфейсе МЭК принят второй вариант;
первоначально устанавливает флаг «слушающий» при-
бор.

ТПина общего управления состоит из пяти линий. По
ним передаются управляющие сигналы, которые
циркулируют между контроллером и другими приборами,
подключёнными к интерфейсу.

Интерфейс RS-232

Интерфейсы RS-232 (ГОСТ 23675-79), RS^22 (ГОСТ
23675-69) и RS-485 (Recommended Standard - ре-
комендованный стандарт) имеют следующие технические
характеристики (см. табл. 2.5.1).
Таблица2.5.1

Основные характеристики интерфейсов

RS-232, RS^22 и RS^85

Параметр	RS-232	RS-422	RS-185
Соединения	Одиночный	Одиночный	Допустимо
	провод	провод, допустимо много соединений	много соединений
Количество	1	5 передков	32 передат-
устройств	передатчик	10 приёмки-	чнка,
Вид	1 приёмник	ков на 1 пе- редатчик	32 приёмника
протокола	дуплексный	дуплексный	полудуплекс- ный
Максималь-	15 м	1220 м	1220 м
ная длина	при	при	при
проводов	19,2 кб/с	100 кб/с	100 кб/с
Сигнал	небаланс- ный	балансный	балансный
Двоичная 1	мни. - 5 В	2 В В>А	1,5 В В>А
	макс. -15 В	6 В В>А	5 В В>А
Двоичный 0	мни. 5 В	2 В А>В	1,5 В А>В
Минималь- ное входное	макс. 15 В	6 В А>В	5 В А>В
напряжение Выходной	±ЗВ	0,2 В	0,2 В
ток	500 мА	150 мА	250 мА
Интерфейс КАМАК

Система КАМАК (САМАС - Computer Application for
Measurement and Control) представляет собой модульную
агрегатную систему, предназначенную для построения
цифровых измерительно-вычислительных систем и
комплексов, управляемых ЭВМ (ГОСТ 26.001-80).

Особенность системы КАМАК заключается в том, что
она позволяет строить многоуровневые системы с
большим числом первичных преобразователей с
централизованным управлением от ЭВМ различных
классов.

Следует отметить, что измерительные системы
КАМАК могут функционировать самостоятельно, без
внешней ЭВМ. В этом случае управление магистралью
берёт на себя контроллер.

В интерфейсе КАМАК используют смешанную
магистрально-радиальную систему пшн и синхронный
режим обмена данными между функциональными
блоками.

Конструктивно система КАМАК основана на
использовании крейта (англ, crate - ящик, каркас) с
модулями определённых размеров. Крейт (рис. 2.5.4)
представляет собой устройство расширения магистрали
обмена, снабжённое питанием и внутренней магистралью.

В конструкцию крейта входят следующие элементы:
каркас, направляющие, магистраль, колонки крейта.

Каркас крейта состоит из двух боковых стенок с
держателями, соединённых между собой поперечными
стяжками. В нём закреплены 25 направляющих,
предназначенных для установки вставных блоков
(модулей КАМАК), причём два крайних места закрепле-
ны за контроллером крейта, а остальные - за исполни-
тельными блоками.

Рис. 2.5.4. Внешний вид крейта:

1 - каркас крейта; 2 - блок; 3 - магистраль крейта;

4 - контроллер крейта

Несколько подробней остановимся на передаче
сигналов в крейте КАМАК (рис. 2.5.5). Контроллер
крейта через 23 линии ныборки (TV-линии: Nl - N23)
осуществляет адресное обращение к отдельным модулям.
Для дальнейшей передачи адреса служит магистраль из
четырёх субадресных шин (4-линии), подходящих ко
всем модулям. Команды для ныполиения функций
отдельными модулями передают по другой магистрали,
состоящей из пяти функциональных кодоных шин (F-
линии), также подведённых ко всем модулям.
Считывание и запись чисел осуществляют по двум
раздельным магистралям, содержащим по 24 кодовые
шины (соответственно R- и W-линии). После дешифров-
ки адреса выбранного модуля тактовые сигналы S1 и S2
Сигналы

Рис. 2.5.5. Структурная схема однокрейтового варианта
интерфейса КАМАК
обеспечивают временную диаграмму управления
обменом. Кодовые сигналы на магистральных шинах
должны устанавливаться до появления тактовых сиг-
налов.

Каждая рабочая станция крейта связана индиви-
дуальной линией L с соответствующими контактами
управляющей станции. По линии L модуль передаёт в
контроллер крейта запрос на обслуживание. По сквозным
шинам Q и X передаются в контроллер сигналы «Ответ»,
«Команда принята». Сквозная шина В («Занято»)
используется для блокировки различных частей системы,
способных конкурировать за использование магистрали
крейта. Сигнал В генерируется во время выполнения
каждой командной операции. Три сквозные шины Z, С, I
служат для передачи сигналов общего управления
«Пуск», «Сброс», «Запрет».

Для организации сложных многосвязных систем
используют многокрейтовую систему КАМАК, которая
может содержать до семи крейтов (рис. 2.5.6). Структура
КАМАК может быть четырёхуровневой: верхний - ЭВМ,
второй - контроллеры ветвей, третий - контроллеры
крейтов, четвёртый - управляемые модули. Все
однокрейтовые системы - двухуровневые.

Недостатком КАМАК является аппаратурная
избыточность и, следовательно, большая стоимость
интерфейса и всей системы.

Каждому прибору, который входит в состав системы,
объединённой интерфейсом, присущи три вида функций:
приборные, кодирование и интерфейсные.
Рис. 2.5.6. Структура АСК в стандарте КАМАК

Приборные функции - это параметры, измеряемые
данным прибором, диапазон измерений, погрешность
измерения, режим работы прибора и т.п.

Кодирование информации выполняется в соот-
ветствии с регламентированными кодами и форматами
ГОСТ 26.003-80.

Интерфейсные функции - это совокупность типовых
операций, выполняемых при обмене данными в системе,
организованной интерфейсом. Каждая интерфейсная
функция, осуществлённая в приборе, позволяет ему
принимать, передавать сообщения или выполнять их
96
определённую обработку. Взаимодействие соединённых
шинами приборов достигается в результате выполнения
десяти интерфейсных функций, пять из которых
основные, а ещё пять - дополнительные.

Основные интерфейсные функции:

1.	Приём данных L (П) или расширенный (от
нескольких источников) приём данных LE (ПР). Эта
функция позволяет прибору получить данные,
переданные через интерфейс другим прибором.

2.	Согласование прибора-приёмника АН (СП) -
функция квитированного обмена со «слушающим»
прибором, гарантирующая правильный приём
информации.

3.	Передача информации источником Т (И) или
расширенная передача ТЕ (ИР) - функция, позволяющая
«говорящему» прибору передавать через интерфейс
формируемые им данные другим приборам,
подключённым к интерфейсу.

4.	Согласование прибора-передатчика SH (СИ) - это
функция квитированного обмена с «говорящим»
прибором, гарантирующая правильную передачу
информации.

5.	Контроллер С (К) - функция, дающая возможность
контроллеру передавать другим приборам, подклю-
чённым к интерфейсу, адреса и универсальные команды.

Дополнительные интерфейсные функции:

1.	Запрос на обслуживание SR (3) - функция, которая
позволяет прибору запрашивать у контроллера операции
по обслуживанию.

2.	Дистанционное и местное управление RL (ДМ) -
функция, создающая для данного прибора возможность
получать программирующую информацию либо с панели
(местное управление), либо от интерфейса (дистанцион-
ное управление).

3.	Параллельный опрос РР (ОП) - функция,
позволяющая прибору выдавать ответную информацию
при параллельном опросе в контроллер без
предварительной команды «передача информации».

4.	Очистка прибора DC (СБ) — функция установки
прибора в исходное состояние.

5.	Запуск прибора DT (ЗП) - функция, дающая
возможность контроллеру выдавать прибору команду
начала работы.

2.6. Аналого-цифровые и цифроаналоговые
преобразователи

Для введения в ЭВМ данных от аналоговых
первичных измерительных преобразователей используют
аналого-цифровые преобразователи (АЦП). Существует
много методов аналого-цифрового преобразования (ГОСТ
18421—93), например, с помощью последовательной,
параллельной или последовательно-параллельной проце-
дуры приближения цифрового эквивалента к аналоговой
преобразуемой величине.

К последовательным АТ~|ТТ относят преобразователи
напряжение — частота, преобразователи с интегрировани-
ем и последовательного сравнения. Они позволяют полу-
чить высокую разрядность, но обладают низким быстро-
действием.

Параллельные АТуп строят по принципу одновремен-
ного преобразования сигнала методом его квантования с
помощью компараторов (см. 2.3, 2.4). Такие преобразо-
ватели обладают высоким быстродействием, что
достигается усложнением схемы при увеличении раз-
рядности. А это приводит, в свою очередь, к увеличению
потребляемой мощности и размеров кристалла ИС.

В последовательно-параллельных АТ1ТГ используют
сочетание методов последовательного и параллельного
преобразования. Но такие АТ1ТГ не нашли широкого при-
менения из-за большого числа линейных узлов и необхо-
димости прецизионной стыковки узлов друг с другом.

По структуре построения АТ1ТГ делят на два типа: с
применением ЦАП и без них.

АЦП характеризуют временем преобразования, чис-
лом разрядов (точностью), шагом квантования и т.д.

Чаще всего используют два вида последовательных
АЦП: с интегрированием и последовательного сравнения.

Ананого-цифровое преобразование с интегрирова-
нием имеет несколько вариантов: с одним, двумя и более
наклонами интегрирования. Наиболее широко исполь-
зуют вариант АТ1ТГ с двумя наклонами интегрирования
(рис. 2.6.1). Такой преобразователь содержит интегратор
и компаратор (см. 2.3). Его рабочий период состоит из
трёх частей (рис. 2.6.2): коррекции (от лат. correctio -
исправление, поправка) нуля - 7, интегрирования вход-
ного сигнала - 2 и интегрирования опорного напря-
жения-3.

Сначала, в течение первого периода производится
автоматическая коррекция сигнала ошибки путём
регулирования напряжения смещения. При этом вход
преобразователя замыкается на корпус ключом 3,
образуется петля обратной связи и информация об
ошибке через ключ 4 запоминается на конденсаторе Сг.

Во время второго периода проводится интегриро-
вание входного сигнала и одновременный отсчёт числа
тактовых импульсов. В конце этого периода на выходе
интегратора получается напряжение, пропорциональное
значению входного сигнала.

В последний, третий период вместо исходного сигнала
на вход интегратора подаётся опорное напряжение про-
тивоположной полярности (ключ в положении 2). Одно-
временно подсчитывается число тактовых импульсов до
того момента, пока напряжение не станет равным нулю.
Тогда цифровое значение входного сигнала

(2.6.1)
^2

где 7г, Tj - время (число импульсов) интегрирования;
Uon — величина опорного напряжения.

Выходной цифровой сигнал

Рис. 2.6.1. АТ~|ТТ с двойным интегрированием:
ГОН-генератор опорного напряжения
Рис. 2.6.2. Рабочий период АТ1ТГ

Точность аналого-цифрового преобразования не
зависит от ёмкости конденсатора Ci и частоты тактового
генератора при условии их стабильности в течение
короткого периода интегрирования, а зависит лишь от
стабильности опорного напряжения. Ещё одним
достоинством этого способа является чрезвычайно
низкий уровень шумов. Недостатком же является
сравнительно большая продолжительность преобра-
зования.

Аналого-цифровой преобразователь с последова-
тельным сравнением изображён на рис. 2.6.3. Пре-
образователь этого типа содержит регистр последова-
тельного сравнения, ЦАП и компаратор, сравнивающий
входное напряжение с аналоговым на выходе ЦАП.
Сравнение производится последовательно, начиная со
старшего разряда регистра сравнения, код которого и
преобразуется в напряжение с помощью ЦАП. На каждом
шаге сравнения устанавливается значение очередного
разряда. Начальное значение каждого обрабатываемого
разряда устанавливается равным логической единице.
Если входное напряжение меньше напряжения ЦАП,
логическая единица обрабатываемого разряда
сохраняется. Если же входное напряжение больше, то
устанавливается значение логического нуля. Затем
производится сравнение следующего разряда и так далее.
Выходной цифровой код после обработки всех разрядов
регистра снимается непосредственно с этого же регистра.
Значение напряжения первого сравнения равно Uma/2,
второго - Umax/4, третьего - САши/В и так далее, где Umax -
верхний предел преобразования.

Преимуществом АТ1ТГ с последовательным срав-
нением является постоянство времени преобразования

Рис. 2.6.3. АТ1ТГ последовательного сравнения
Сброс Старт	Содержимое регистра

Рис. 2.6.4. Временная диаграмма преобразования

и независимость его выходной величины от входного
аналогового напряжения.

Вместе с тем в погрешность АТугг с последовательным
сравнением вносят свой вклад ЦАП, компаратор и
нестабильность опорного напряжения.

Цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) служит для
автоматического преобразования цифрового сигнала в
аналоговый. ЦАП характеризуется разрешающей
способностью, т.е. наименьшим значением выходной
аналоговой величины, возникающим при изменении
значения входного кода на единицу, точностью
преобразования, нелинейностью и т.п.

В ЦАП наибольшее распространение получили

двоичные и двоично-десятичные коды с весами разрядов
8-4-2-1 или 2-4-2-1. Принцип действия ЦАП основан на
том, что любое двоичное число можно представить в виде
(2.6.2)

Поэтому для преобразования двоичных чисел в
аналоговую величину необходимо каждой единице числа
поставить в соответствие аналоговую величину со своим
весом, соответствующим разряду данной цифры, а затем
суммировать эти величины.

Наиболее простая схема ЦАП представляет собой
взвешивающую резисторную матрицу (рис. 2.6.5), в
которой сумма токов 27, протекающих через резистор Ro,
пропорциональна весовым коэффициентам двоичных
разрядов, а выходное напряжение Uehlx = El-Ro пропор-
ционально двоичному числу (при Ro « R).

Рис. 2.6.5. Пассивная цепь ЦАП
Условие R$ « R должно выполняться в тех случаях,
когда источники выходных сигналов имеют заметное
внутреннее сопротивление. В качестве входных источни-
ков в ЦАП используют формирующие ключи, которые
обеспечивают стабильные уровни напряжении логи-
ческой единицы, равные опорному напряжению U.
Недостатком данной схемы является то, что единичные
приращения А ивых могут оказаться соизмеримыми с
уровнем шумов. Поэтому для увеличения выходного
сигнала можно использовать операционный усилитель.

На рис. 2.6.6 представлена схема четырёхразрядного
ЦАП на основе двоично-взвешенных резисторов. Она
состоит из матрицы двоично-взвешенных резисторов и
суммирующего усилителя, собранного на базе ОУ в
инверсном исполнении.
ГЛАВА 3. АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ
И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ИЗМЕРЕНИЙ,
ИСПЫТАНИЙ И КОНТРОЛЯ

Сутью процесса функционирования автоматической
системы является целенаправленное преобразование
входной информации в выходную. Происходит этот
процесс в соответствии с информационным, програм-
мным и математическим обеспечением ИИС.

Информационное обеспечение (ГОСТ 24.003-84)
определяет способы и конкретные формы информацион-
ного отображения состояния объекта исследования в виде
документов, графиков, сигналов и т.п. для их
представления пользователю и ЭВМ для дальнейшего
использования.

Программное обеспечение позволяет реализовать
вычислительные алгоритмы и алгоритмы функционирова-
ния системы.

Математическое обеспечение представляет собой
математические модели объекта исследования и
вычислительные алгоритмы.

3.1.	Программное обеспечение информационных
измерительных систем

В соответствии с ГОСТ 26.203—81 программными
компонентами ИИС являются системное обеспечение и
общее прикладное программное обеспечение. Програм-
мные компоненты системы образуют в совокупности
математическое обеспечение системы и входят в комп-
лект ИИС.
Системное программное обеспечение ИИС пред-
ставляет собой совокупность программного обеспечения
компьютера (или компьютеров), используемого в ИИС, и
дополнительных программных средств, которые
позволяют:

—	работать в диалоговом режиме с системой контроля;

—	управлять средствами измерений;

—	обмениваться измерительной информацией с изме-
рительными модулями;

—	проверять работоспособность отдельных компонен-
тов ИИС и системы в целом;

—	изменять и дополнять состав общего прикладного
программного обеспечения.

Программа (греч лроурацца — объявление) — это дан-
ные, предназначенные для управления конкретными
компонентами системы обработки информации в целях
реализации определённого алгоритма.

Программное обеспечение (ГОСТ 19781-90) - сово-
купность программ системы обработки информации и
программных документов, необходимых для эксплуа-
тации этих программ. Оно включает в себя операционную
систему, системные программы, тестовую систему.

Операционная система — это совокупность системных
программ, предназначенная для обеспечения опре-
делённого уровня эффективности системы обработки
информятши за счёт автоматизированного управления её
работой и предоставления пользователю определённого
набора услуг (ГОСТ 15971-90). Операционная система
является посредником между ИИС и пользователем, она
анализирует, интерпретирует запросы и обеспечивает их
выполнение.

Существует три основных категории операционных
систем, каждая из которых характеризуется как
определённым типом взаимодействия пользователя с его
заданиями, так и ограничениями на время ответа ИИС.

1.	Операционная система пакетной обработки -
система, которая обеспечивает обработку заданий,
поступающих в виде последовательных пакетов данных
на входных устройствах. Во время такой обработки
отсутствует взаимодействие между пользователем и его
заданием, а время ответа ИИС является временем
выполнения задания.

2.	Операционная система разделения времени -
система, которая обеспечивает одновременное
обслуживание многих пользователей, работающих в
режиме непосредственной связи с ЭВМ, и позволяет
каждому пользователю взаимодействовать со своей
программой и данными. Это достигается разделением
времени работы процессора (англ, processor, от лат.
process - обрабатываю) и других ресурсов ИИС между
пользователями таким образом, что гарантируется ответ
на каждую команду пользователя в течение выделяемого
ему «кванта времени» (нем. Quant, от лат. quantum -
сколько).

3.	Операционная система реального времени -
система, которая обслуживает процессы, протекающие в
устройствах, работающих в режиме непосредственной
связи с ЭВМ.

Эта система характеризуется эффективным
использованием ресурсов, быстрой реакцией на события в
реальном времени и обеспечивает следующее:

-	мультипрограммный режим выполнения программ в
реальном времени;

-	приоритетную диспетчеризацию задач и приоритет-
ное разделение ресурсов;
—	управление файлами (англ, file — подшивка бумаг,
картотека, набор данных) на различных накопителях;

—	использование и программную поддержку широкого
набора внешних устройств;

—	многопользовательский режим работы;

—	включение пользовательских драйверов для нестан-
дартных внешних устройств;

—	динамическое разделение и уплотнение памяти;

-	динамическую загрузку задач с диска и выгрузку их
на диск;

—	работу с расширенной памятью.

Операционная система состоит из монитора, файловой
системы, системных утилит, драйверов внешних
(периферийных) устройств.

Монитор (от лат. monitor — напоминающий, надзи-
рающий), диспетчер (от англ, dispatch - быстро
выполнять), супервизор (от англ, supervisor, букв. —
надсмстрщик) — совокупность взаимодействующих прог-
рамм, используемых в качестве сопряжения между
оборудованием и программой, реализуемой в ИИС, а
также между системой и пользователями.

Файловая система — совокупность программных
средств и структур, обеспечивающих для пользователя
независимость хранения данных по отношению к
используемому процессору и внешним физическим
устройствам. Файловая система обеспечивает целост-
ность информации, а также безопасность от
неправомочного доступа. Кроме того, файловая система
организует экономное распределение внешней памяти
под файлы, а также предоставляет эффективные команды
для работы с ними. Наконец, файловая система
обеспечивает пользователю операционной системой
простые средства взаимодействия с файлами.
Системные утилиты (англ, utilita) - набор отдельных
программ, работающих под управлением монитора и
выполняющих такие операции, как транслирование (лат.
translator - переносчик) и ассемблирование (англ,
assembler от assemble - собирать, монтировать) программ,
связывание, внесение изменений, перемещение,
отладка и т.д.

Драйверы (англ, driver - водитель, проводник) внеш-
них устройств выполняют функции управления и обмена
информацией между монитором и периферийными
устройствами, обеспечивают унифицированный интер-
фейс для взаимодействия с периферийными устройствами
на уровне системных запросов монитора.

Системные программы, входящие в состав
программного обеспечения ЭВМ, могут обеспечивать
разнообразные функции, не реализованные в конкретной
системе. Это могут быть дополнительные языковые
трансляторы, пакеты сетевой взаимосвязи, специали-
зированные утилиты и т.д.

Тестовая (англ, test - проба, исследование, испыта-
ние) система состоит из тестового монитора, предназна-
ченного для разработки и исполнения тестовых программ,
и набора тестов, включая тесты отдельных устройств и
ИИС в целом.

Программное обеспечение ЭВМ является базой, на
которой строится программное обеспечение ИИС. По
объёму и выполняемым функциям программное
обеспечение ЭВМ составляет основную часть системного
обеспечения ИИС.

Дополнительные программные средства системного
программного обеспечения делят на объектовые и
вспомогательные. К объектовым программным средствам
относят программы управления и обмена со средствами
получения информации, обеспечения диалогового
режима. Отличительной особенностью этих программ
является то, что с их помощью и соответствующим
программным обеспечением ЭВМ осуществляются
процессы получения, обработки, хранения и
представления результатов в ИИС.

К вспомогательным программным средствам относят
программы проверки работоспособности измерительных
каналов ИИС и системы в целом, а также средства для
внесения изменений и дополнений.

Основной удельный вес объектового программного
обеспечения составляют средства управления и
получения информации ИИС. В функции этого
обеспечения входит организация взаимосвязи со
средствами получения информации, ведение различных
режимов работы, включая режим реального времени.
Программное обеспечение получения информации
строится двумя способами.

Первый основывается на универсальных средствах
языкового характера, представляющих собой набор
функций или операторов, встраиваемых в тот или иной
стандартный язык программирования, и обеспечивающих
функции управления и обмена. Примерами подобных
средств является язык QUASIC для ИИС на базе КАМАК,
Бейсик и т.п. (см. 3.4).

Второй способ состоит в создании систем
макрокоманд, включённых в программное обеспечение
ИИС на уровне языка ассемблер соответствующих ЭВМ.
При таком подходе, с одной стороны, используется язык
макрокоманд сравнительно высокого уровня для
программирования сложных задач ввода-вывода и
организации взаимодействия параллельных процессов, с
другой стороны, применяются все возможности языка
низкого уровня, т.е. ассемблера.

Основная часть вспомогательных программных
средств системного программного обеспечения ИИС
состоит из программ тестирования устройств ИИС и
системы в целом. Тесты представняют собой программы,
основной функцией которых является выявление
возможных ошибок в работе устройств и ИИС в целом.
Алгоритмы (алгорифм, от лат. algorithmi, algorismus -
первоначально - латинская транскрипция имени средне-
азиатского математика IX века аль-Хорезми), лежащие в
основе их реализации, построены с расчётом на возможно
более полную и глубокую проверку всех допустимых для
устройств режимов работы.

Дополнительные программные средства системного
программного обеспечения ИИС создаёт организация-
разработчик, а обеспечивает ими потребителя в
соответствии с ГОСТ 26.023-81 предприятие-
изготовитель на носителях информации, принятых для
используемой системы.

Общее прикладное программное обеспечение ИИС
представляет собой организованную совокупность
программных модулей, реализующих:

-	типовые алгоритмы обработки измерительной ин-
формации (в том числе при косвенных, совместных и
совокупных измерениях, а также с целью коррекции
погрешностей);

-	типовые алгоритмы планирования эксперимента;

-	метрологическое обслуживание ИИС (поверка, экс-
периментальное определение метрологических харак-
теристик каналов, метрологическая аттестация).

Модули системного прикладного программного
обеспечения реализуются посредством системного
программного обеспечения ИИС и должны быть
согласованы друг с другом так, чтобы обеспечить их
функционирование в соответствии с назначением и
задачами исследований, проводимых с помощью ИИС.

Различают следующие виды программирования:
структурное, объектно-ориентированное и логическое.

Процесс обработки данных есть система действий,
реализующих определённую функцию в системе
обработки информации и оформленная так, что
управляющая программа данной системы может
перераспределять ресурсы этой системы в целях
обеспечения мультипрограммирования.

3.2.	Планирование испытаний

В результате испытаний получают почти все данные
об объекте испытаний как на стадии проектирования, так
и на последующих этапах его создания. Поэтому
испытания являются составной частью общей программы
работ по проектированию и производству новых изделий,
объектов, систем (см. 5.3).

Программа испытаний - это обязательный для выпол-
нения организационно-технический документ. Программа
устанавливает: цели испытаний; объект, объём и
методику проводимых экспериментов; порядок, условия,
место и сроки проведения испытаний; ответственного за
их обеспечение и проведение; ответственность за
оформление протоколов и отчётов по испытаниям

Цель испытаний (см. также 1.3) зависит от того, на
какой стадии жизненного цикла изделия проводится
испытание, и какие его характеристики представляют
интерес. При этом под жизненным циклом продукции
понимают совокупность взаимосвязанных процессов
изменения состояния продукции при её создании и
использовании.

Объектом испытаний являются:

-	макеты, модели, экспериментальные образцы изде-
лия, изготовленные при выполнении научно-исследо-
вательских работ (НИР) на этапах проектирования;

-	опытные образцы изделий, изготовленные на стадии
опытно-конструкторских работ (ОКР);

-	образцы, изготовленные при внедрении или освое-
нии изделия в производстве;

-	изделия, изготовленные в ходе установившегося
серийного или массового производства.

При описании объекта испытаний указывают:
параметры, характеристики объекта, подлежащие
измерению, критерии годности изделия и т.п.

Объём и методика проведения испытаний определяют
количество испытываемых изделий, продолжительность
испытаний, параметры испытательных режимов и т.п.

План проведения испытаний - составная часть прог-
раммы испытаний. В плане указывают работы,
необходимые для проведения испытаний: выбор и
подготовка объекта испытаний, измерение и определение
его параметров, подготовка испытательного оборудо-
вания, проведение испытаний и оформление их
результатов, согласование и утверждение протокола
испытаний и др.

Методика испытаний - это организационно-методи-
ческий документ, обязательный для выполнения. В нём
формулируют: метод испытаний, средства и условия
испытаний, отбор проб, алгоритмы выполнения операций
по измерению свойств объекта, формы представления
данных, оценку их точности и достоверности.
При подготовке к испытаниям необходимо осу-
ществить планирование эксперимента, включающее в
себя анализ поставленной задачи, выбор средств
испытаний, выбор метода испытаний и создание условий
для проведения испытаний.

Планирование эксперимента включает в себя следую-
щие задачи:

—	выбор объекта эксперимента;

—	определение назначения (цели) эксперимента;

—	оценка условий и места проведения эксперимента;

—	определение контролируемых параметров испытуе-
мых изделий, их значений и допустимых пределов
измерений;

—	выбор средств испытаний;

—	выбор средств измерений;

—	выбор режима эксперимента (предельный, испыта-
тельный или эксплуатационный);

—	установление продолжительности эксперимента;

-	разработка требований к автоматизации процесса
испытаний и обработки их результатов;

—	метрологическое обеспечение процесса испытаний;

—	проведение эксперимента;

-	обработка результатов;

—	анализ результатов испытаний.

Поскольку испытания являются основным источником
данных о качестве объекта, то программа их проведения
должна быть научно, технически и экономически
обоснованной.

Эксперимент (от лат. experimentum - проба, опыт) -
система операций, воздействий и (или) наблюдений,
направленных на получение информации об объекте при
исследовательских испытаниях (ГОСТ 20911-89).

Различают следующие основные вицы эксперимента.
Отсеивающий, который используют на предваритель-
ной стадии исследований для выявления существенных
факторов, т.е. для определения того, какие из множества
входных величин оказывают влияние на выходной
параметр, а какие - нет.

Дисперсионный (от лат. dispersio - рассеяние) анализ
- статистический метод, предназначенный для выявления
влияния отдельных факторов на результат эксперимента,
а также для последующего планирования экспериментов.
Он основан на том, что значимость фактора опредеияется
его вкладом в дисперсию выходной величины.

Дискриминантный (от лат. discriminans - разделяю-
щий) анализ - раздел многомерного статистического
анализа, изучающий методы классификации объектов,
представленных многомерными наблюдениями. Его
применяют для разделения (классификации) выходного
параметра на классы.

Перечисленные виды анализа были предложены Р.
Фишером соответственно в 1925 и 1936 г.г. (R.A. Fisher -
английский статистик и генетик, 1890 - 1962).

Факторный (лат. factor — делающий, производящий)
анализ заключается в переходе от пространства
коррелированных входных факторов к пространству
независимых переменных, называемых главными
компонентами. При этом эксперимент, в котором реали-
зуются все возможные комбинации уровней всех факто-
ров, называют полным факторным экспериментом. Более
характерно использование для отсеивания не главных
факторов части полного эксперимента, такой эксперимент
называют дробным факторным экспериментом.

После того как ряд факторов без ущерба для
эксперимента можно отбросить, отыскать область
оптимума становится проще, так как остаются только те
факторы, которые вносят существенный вклад в
изменение переменной состояния объекта исследования.

Изучение механизма явлений используют для
определения зависимости выходных параметров объекта
исследования от входных. Регрессионный анализ является
разделом математической статистики, объединяющей
практические методы исследования регрессиовной
зависимости между величинами по статистическим
данным. Он позволяет получать полиномы первой, второй
и высших степеней.

Корреляционный анализ — это совокупность основан-
ных на математической теории корреляции методов
обнаружения корреляционной зависимости между
случайными величинами или признаками.

Поиск оптимальных условий служит для нахождения
таких значений входных параметров, при которых
выходной параметр объекта принимает экстремальное
значение.

Адаптивная (от позднепат. adaptatio - при-
способление) оптимизация, или эволюционное (от лат.
evolutio - развёртывание) планирование используют
тогда, когда вследствие процессов старения, дрейфа и
других неконтролируемых параметров оптимум может
смещаться.

План промышленных экспериментов учитывает
специфику производства, когда эксперимент проводится в
условиях действующего производства, а уровень помех
по сравнению с лабораторным экспериментом существен-
но выше.

На повышение эффективности эксперимента влияют
следующие факторы, положенные в основу теории
планирования эксперимента.
Отказ от полного перебора входных состояний. В
теории планирования эксперимента сознательно
отказываются от полного перебора входных состояний.
Выбор числа уровней варьирования по каждому фактору
непосредственно связан с выбором вида функции
отклика.

Принцип постепенного усложнения математической
модели (принцип последовательного планирования), т.е.
при отсутствии априорной (лат. a priori — из
предшествующего) информации имеет смысл начать с
простой, линейной модели объекта.

Принцип сопоставления с шумом. Чем выше уровень
помехи, тем в большей степени можно ожидать, что
менее точная модель окажется работоспособной.
Поскольку многие реальные объекты характеризуются
высоким уровнем помех, наиболее распространены
полиноминальные регрессивные модели первой или
второй степени.

Принцип рандомизации (от англ, random - случайный)
или принцип приведения к случайности состоит в такой
организации эксперимента, которая позволяет сделать
случайными (рандомизировать) систематически
действующие переменные, чтобы их можно было
рассматривать как случайные и учитывать статистически.

Последовательность проведения эксперимента,
которая может быть двух типов. В первом плане
(последовательном) задаются граничные значения
независимой переменной, а затем последовательно
переходят от одной точки к другой. Во втором плане
(случайном или рандомизированном) значения
независимой переменной выбирают случайным образом.
План эксперимента должен быть наилучшим с учётом
выбранного критерия оптимальности, который является
сложной функцией результатов эксперимента.

Различают следующие оптимальные планы:

A-план минимизирует среднюю дисперсию оценок
коэффициентов регрессии.

Е-план минимизирует максимальную ось эллипсоида
рассеяния параметров.

D-план применяют при оптимизации обобщённой
дисперсии оценок коэффициентов регрессии.

G-план характеризуется наименьшей дисперсией
предсказания в заданной области планирования.

L-план минимизирует обобщённые квадратичные
потери.

Т-план используют в дискриминирующих экспери-
ментах.

Q-план обеспечивает точность оценки функции
регрессии.

Ф-план решает задачу построения непрерывного

планирования.

у-разделяющий план применяют для реализации
отсеивающего эксперимента.

Всего используют более 20 оптимальных планов.

При пассивном эксперименте, в отличие от активного,
исследователь не имеет возможности воздействовать на
изучаемый объект.

На значение выходного параметра объекта или
процесса у помимо входного фактора х влияет случайная
величина С, поэтому зависимость у от х не является
однозначно определённой и в простейшем случае может
быть описана аддитивной суммой

у = F(x) + Е,

(3.3.1)
где Е — случайные отклонения, обусловленные влиянием
фактора случайности на значения у.

Линия, наилучшим образом описывающая зависи-
мость у от х, называется линией регрессии, а её
аналитическое описание - уравнением регрессии.

Задача регрессионного (от лат. regressio - обратное
движение) анализа - исследование тесноты статис-
тической связи между входными и выходными
случайными переменными с помощью регрессионных
уравнений и их коэффициентов.

3.3.	Математическая модель объекта испытаний

Моделирование - исследование каких-либо явлений,
процессов или систем объектов путём построения и
изучения их моделей; использование моделей для
определения или уточнения характеристик и рациона-
лизации способов построения вновь проектируемых или
конструируемых объектов.

Моделирование - одна из основных категорий теории
познания: на идее моделирования по существу базируется
любой метод научного исследования - как теоретический,
при котором используются различного рода знаковые,
абстрактные (от лат. abstractio - отвлечение) модели, так
и экспериментальный, использующий предметные
модели.

Модели (франц, modele, от лат. modulus - мера,
образец) являются одновременно исходными посылками
и результатами построения теории изучаемого объекта,
явления или процесса. А их предсказательная сила
становится главным практическим критерием достовер-
ности и полноты модели.
Принято различать два вида моделирования объектов
или процессов: физическое и математическое.

Физическое моделирование основано на использова-
нии принципа подобия, который позволяет из класса
явлений выделить при помощи приведения к
безразмерному виду группу взаимно подобных явлений

Подобными называются явления, у которых все
характеризующие их величины в любой точке
пространства находятся в одинаковых отношениях. В
этом случае подобие называется полным. Если же
подобие соблюдается лишь для некоторых величин, то
оно называется частичным.

При физическом моделировании данное явление или
объект изучают на нём самом, воспроизводя его в разных
масштабах и анализируя влияние физических особен-
ностей.

Математическая модель - это приближённое описание
какого-либо класса явлений внешнего мира, выраженное
с помощью математической символики. Анализ
математической модели позволяет проникнуть в
сущность изучаемых явлений.

Модель может быть статической, если она описывает
поведение объекта в статическом режиме, и динамичес-
кой, если она определяет поведение объекта во времени.

Если математическую модель можно использовать для
предсказания внутри исследованной области значений, то
такую модель называют интерполяционной, а если вне
этой области - экстраполяционной (см. 3.4). Модель мож-
но также использовать для выбора некоторых определён-
ных, например оптимальных, условий функционирования
объекта.

Математическая модель может служить для проверки
некоторой гипотезы (греч. тц|/тготт|Г.а1<у - основание,
предположение) или некоторого множества гипотез.
Проверка соответствия модели фактам, теориям и
гипотезам, существующим относительно модели,
называется интерпретацией модели.

Модель может служить и для выдвижения новых
гипотез об объекте, тогда такая модель называется
эвристической (от греч. г|еор£ка - я нашёл! Согласно
преданию, восклицание Архимеда при открытии им
основного закона гидростатики).

Конечной целью математических моделей являются
прогноз результатов поведения объекта и выработка
рекомендаций по возможным воздействиям на его ход.

Математическое моделирование объекта исследования
осуществляется в три взаимосвязанных этапа:

1.	Формализация изучаемого процесса -
формулирование законов, связывающих основные
объекты модели, и построение на этой основе
математической модели, т.е. математического описания.

На этом этапе моделирования необходимо знание
фактов, относящихся к изучаемым явлениям, и глубокого
проникновения в их взаимосвязи. Этот этап завершается
записью в математических терминах сформулированных
качественных представлений о связях между объектами

модели.

Модели могут быть детерминированные (от лат.
determine - определяю) и статистические (нем. Statistik, от
итал. stato, позднелат. status - государство) или стохас-
тические (от греч. сутохт|О!стт1кост - умеющий угадывать).
Статистические модели имеют вид корреляционных или
регрессионных соотношений между входными и
выходными параметрами. Детерминированные модели,
которые построены с учётом основных закономерностей,
протекающих в исследуемом объекте, качественно более
правильно характеризуют объект.

При построении математических описании использу-
ют уравнения различных видов.

Алгебраические уравнения, к которым сводится мате-
матическое описание стационарных режимов объектов с
сосредоточенными параметрами.

Обыкновенные дифференциальные уравнения исполь-
зуют для математического описания нестационарных
режимов объектов с сосредоточенными параметрами.

Дифференциальные уравнения в частных производ-
ных применяют для математического описания динамики
объектов с распределёнными параметрами.

2.	Исследование математических задач, к которым
приводит математическая модель. Основным вопросом
здесь является решение прямой задачи, т.е. получение в
результате анализа модели выходных данных
(теоретических следствий) для дальнейшего их
сопоставления с результатами наблюдений изучаемых
явлений. Важное значение имеет использование
математического аппарата, необходимого для анализа
математической модели, и вычислительной техники -
мощного средства для получения количественной
выходной информации как результата решения сложных
математических задач. Часто математические задачи,
возникающие на основе математических моделей
различных явлении, бывают одинаковыми (например,
основная задача линейного программирования отражает
ситуации различной природы). Это даёт основание
рассматривать такие типичные математические задачи
как самостоятельный объект, абстрагируясь от изучаемых
явлений.
Этот этап доводит задачу моделирования до логичес-
кого конца, так как выбирается метод решения математи-
ческого описания и составляется программа (алгоритм).

Большинство методов решения уравнений математи-
ческого описания являются итерационными (от лат.
iterate - повторение). Это означает, что решение предс-
тавляет собой предел некоторой последовательности
приближений. Если эта последовательность некоторым
образом стремится к пределу, то процесс называется

сходящимся, а если нет - расходящимся.

3.	Установление соответствия, адекватности (от лат.
adaequatus - приравненный, равный) математической мо-
дели изучаемому объекту, т.е. выяснение вопроса о том,
согласуются ли результаты наблюдений с теоретическими
следствиями модели в пределах точности наблюдений.

Если модель была вполне определена, т.е. все
параметры её были заданы, то нахождение отклонений
теоретических следствий от наблюдений даёт решение
прямой задачи с последующей оценкой отклонений. Если
отклонения выходят за пределы точности измерений, то
модель не может быть принята.

Часто при построении модели некоторые её
характеристики остаются не определёнными. Задачи, в
которых определяют характеристики модели (параметри-
ческие, функциональные) таким образом, чтобы выходная
информация была сопоставима в пределах точности
наблюдений с результатами наблюдений изучаемых
явлений, называют обратными задачами. Если математи-
ческая модель такова, что ни при каком выборе
характеристик этим условиям нельзя удовлетворить, то
модель непригодна для исследования рассматриваемых
изделий.
Для каждого явления, процесса или объекта можно
построить сколько угодно различных моделей.

Решение любой задачи на ЭВМ, в том числе модели-
рования, включает в себя следующие основные этапы:

-	постановка задачи;

—	формализация, т.е. математическая постановка зада-
чи;

-	выбор или разработка метода решения;

-	разработка алгоритма решения задачи;

—	составление программы (программирование);

-	отладка программы;

—	вычисление, обработка и анализ результатов.

3.4.	Обработка данных испытаний

В данном разделе рассматриваются только основные
методы обработки экспериментальных данных —
интерполяция и аппроксимация, которые являются
основой для решения других задач обработки табличных
данных.

Интерполяция (от лат. interpolatio — обновление,
переделывание, изменение) — приближённое или точное
нахождение какой-либо величины по известным
отдельным значениям этой же или других величин,
связанных с ней. Термин «интерполяция» впервые ввёл
Дж. Валлис (J. Wallis — английский математик, 1616 —
1703), который, кстати, также нашёл выражение для
числа л в виде бесконечного произведения и ввёл
общепринятый знак для бесконечности — оо. В широком
смысле интерполяция — это разрешимость задачи интер-
полирования, построение интерполяционных формул,
применение интерполирования для построения прибли-
жённых и численных методов решения различных задач
математики. В узком смысле интерполяция - это
нахождение значений заданной функции в тех точках
внутри заданного интервала, где она не задана.

Таким образом, интерполирование есть нахождение
интерполяционной функции Цх), приближённо
заменяющей исходную fix), которая задана таблично, и
проходящей через все заданные точки (узлы
интерполяции).

Выбор интерполяционной функции Цх) является
важной для экспериментатора задачей, так как через
заданные точки можно провести любое количество
функций, различающихся степенью многочлена.

Очевидно, что параметры интерполяционной функции
можно найти из условия её прохождения через все
заданные точки, составив и решив систему уравнений.
Однако этот путь не самый эффективный, особенно при
большом числе точек. Поэтому рассмотрим основные
методы, используемые при интерполировании.

Метод Лагранжа (J.L. Lagrange - французский матема-
тик и механик, 1736 - 1813) заключается в построении
интерполяционного полинома n-го порядка:

Цх) = yoQo(x) + ... + yjQfix) + ... + ynQn(x), (3.4.1)

где Q0(x) =

(X- х0)...(х- хГ1)(х- Хл1)...(х- x„)

{xj - х0)...(х; - Хл1)(х; - Хл1)...(х; - х„)

Нетрудно заметить, что Qfix,) = 0, если z j, и Qjfx,) =
=1, если i — j, т.е. полином Лагранжа является, несмотря
на специфичность записи, обычным полиномом п-го
порядка.
Погрешность интерполяции

|ОД-Лх)| <^^П(х-х,),	(3.4.2)

где Л/„+; = max I fn+I\x) I -максимальное значение (п+1 )-й
производной исходной функции/('х).

Метод Ньютона (I. Newton - гениальный английский
учёный, 1643 - 1727) используют в основном для интер-
поляции равномерно расположенных узлов интерполя-
ции.

Метод Чебышева (П.Д. Чебышев - русский математик
и механик, 1821 - 1894) позволяет выбрать узлы интерпо-
ляции для получения при заданном числе узлов
минимально возможной погрешности.

Метод сплайнов применяют для восстановления не
только значений функции, но также её первой и второй
производной. Сплайн - это функция, которая на каждом
межузловом интервале совпадает с некоторым
полиномом, своим для каждого интервала. Полиномы
соседних интервалов стыкуются так, чтобы функция была
непрерывной, при этом должны быть непрерывны и
несколько производных. Достоинством интерполяции с
помощью кубических сплайнов является получение
функции, имеющей минимально возможную кривизну.
Недостатком же является необходимость получения
сравнительно большого числа параметров.

Экстраполирование (от лат. extra - сверх, вне... и
polio - приглаживаю, выправляю) - продолжение
функции за пределы её области определения, при котором
продолженная функция (как правило, аналитическая)
принадлежит заданному классу.
Аппроксимация (от лат. approximo - приближаюсь) -
замена одних математических объектов другими, в том
или ином смысле близкими к исходным.

Вид аналитической зависимости аппроксимации
определяет сам экспериментатор в соответствии с
физическим законом, лежащим в основе работы
исследуемого объекта (процесса). В простейшем случае
эта аппроксимация может быть линейной или
квадратичной.

При аппроксимации используют в основном следую-
щие методы.

Метод наименьших квадратов был предложен
К. Гауссом (C.F. Gauss - немецкий математик, 1777 -
1855) и А. Лежандром (А.М. Legendre - французский
математик, 1752 - 1833). Метод заключается в том, что в
качестве критерия используют сумму квадратов отклоне-
ний заданных и расчётных значений, т.е.

£ p,(Y, - Ytpac4)2 —► min,

(3.4.3)

где Г, YlpaC4 - истинное и расчётное значения функции;
рг — весовые коэффициенты.

В методе равномерного приближения используют в
качестве критерия аппроксимации модуль максимального
отклонения заданного и расчётного значений функции

maxi Yi - Yipae4l

(3.4.4)

Существует много различных программных систем
для проведения математических расчётов. Рассмотрим
лишь некоторые из них.

MathCad представляет собой интегрированную среду
для выполнения, документирования и обмена результа-
тами технических вычислений. MathCad служит средст-
вом вычислений, анализа и написания отчётов во всех
отраслях науки и техники.

Записывая большинство математических формул в
рабочем документе MathCad, как это делается на листе
бумаги, можно тут же получить ответ. Совмещая текст,
графику и формулы, записанные в привычном для нас
виде, документ MathCad выглядит как страница учебника
или научной статьи. При этом стоит внести изменения в
любую из формул, как MathCad перестроит все графики,
вычислит новые результаты и т.п. Можно анимировать
(от лат. anima, animus - душа, жизнь, дух) любой график,
записав его эволюцию при изменяющихся значениях
параметров, а затем воспроизвести полученную мульти-
пликацию даже со звуковым сопровождением.

Использование возможностей MathCad является чисто
рутинным делом и не требует никакого программирова-
ния. Вычислительные возможности MathCad могут быть
существенно расширены за счёт использования встроен-
ных функций.

Maple V называют системой символьных вычислений,
или системой компьютерной алгебры. Maple V пред-
назначен для выполнения самых разнообразных
математических вычислений, как аналитических, так и
символьных.

Аналитические функции позволяют решать математи-
ческие задачи, не назначая численные значения
константам и приближения - переменным. Maple V
понимает аналитические математические формулы и
выдаёт ответ в виде таких же формул. Результатом
работы Maple V является точное аналитическое решение,
дающее глубокое понимание сути решаемой задачи.
Программа Derive служит для автоматизации
математических вычислений и, прежде всего, символьных
(аналитических) преобразований. Система прекрасно
справляется и с численными расчётами, сочетая их с
использованием двумерной или трёхмерной графики.

MathLab - система, предназначенная для выполнения
инженерных и научных расчётов и высококачественной
визуализации полученных результатов. MathLab исполь-
зуют для математических расчётов, моделирования
физических систем и управления техническими объек-
тами.

Система работает с многомерными массивами,
массивами записей и массивами ячеек, с матрицами, в
том числе и разреженными. Она позволяет проводить
анализ и обработку данных, включая аппроксимацию и
интерполяцию, численное интегрирование, решение
систем обыкновенных дифференциальных уравнений,
вычисление минимумов и нулей функций,
преобразование Фурье (J.D.J. Fourier - французский
математик, 1768 - 1830), свёртку и фильтрацию и т.п. Она
может выполнять графические команды и функции.

Пакет Mathematica позволяет осуществлять широкий
спектр символьных преобразований, включающих,
наряду с другими, операции математического анализа,
дифференцирование, интегрирование и интегральные
преобразования, разложение в ряды, решение дифферен-
циальных уравнений и т.п. Одна из сильных сторон
рассматриваемого продукта - развитая дву- и трёхмерная
графика, используемая для визуализации математических
объектов.

Statistica - интегрированная система комплексного
статистического анализа и обработки данных в среде
Windows. Она состоит из слепуюптих основных частей:
-	многофункциональной системы для работы с
данными;

-	мощной графической системы для визуализации
данных и результатов статистического анализа;

-	набора статистических модулей, в которых собраны
группы логически связанных между собой
статистических процедур;

-	специального инструментария подготовки отчётов;

-	встроенного языка Statistica Basic.

3.5.	Методы оптимизации

При проведении испытаний необходим оптимальный
выбор систем, видов, методов и условий испытаний.

Оптимизация (от лат. optimum - нанлучшее) - это
процесс выбора наилучшего варианта из возможных или
приведения системы в наилучшее (оптимальное)
состояние.

На основании выбранного критерия (от греч.
кргтг.рюу - средство для суждения) оптимизации
составляют целевую функцию, представляющую собой
зависимость критерия оптимизации от параметров,
влияющих на его значение.

Задача оптимизации - одна из наиболее распростра-
нённых задач, встречающихся в практике измерительного
эксперимента, она сводится к нахождению экстремума (от
лат. extremum - крайнее), т.е. максимума или минимума
(лат. minimum — наименьшее, maximum — наибольшее)
целевой функции.

С математической точки зрения задача оптимизации
может быть сформулирована как нахождение значений
управляемых факторов объекта исследования, при
которых его отклик или критерий оптимизации достигает
экстремального значения. Естественно, что экстремальная
точка должна находиться в диапазоне изменения
управляемых факторов.

Главным результатом создания теории оптимального
управления является принцип максимума Понтрягина
(Л.С. Понтрягин - советский математик, 1908 - 1988),
который представляет собой совокупность ряда теорем
теории оптимальных процессов, которые устанавливают
необходимые условия для построения оптимального
закона управления объектом. Принцип максимума
позволяет учесть ограничения, налагаемые на изменения
переменных.

Все методы оптимизации можно разделить на два
основных класса.

Теоретические методы, применяемые в случаях, когда
задача полностью определена с математической точки
зрения и допускает применение аналитических методов
оптимизации - дифференциального или вариационного
исчисления, линейного, целочисленного и динамического
программирования.

Экспериментальные методы, когда функция отклика
не известна и имеется возможность измерить её значение
при различных комбинациях величин факторов.

В свою очередь экспериментальные методы можно
разделить на дае группы.

Первая группа - это поисковые методы, в которых
осуществляется последовательное локальное изучение
поверхности отклика:

-	определение по результатам специально спланиро-
ванного эксперимента направления движения из
некоторой точки, в окрестностях которой проводится
эксперимент;

-	организация движения в найденном направлении;
- повторение указанных этапов до достижения точки
оптимума.

В методах оптимизации (вторая группа), основанных
на предварительном экспериментальном получении
математической модели объекта, предусматривается
изучение не локальных, а общих свойств поверхности
отклика, где предположительно находится оптимум.

Существует много методов поиска оптимума,
рассмотрим лишь основные из них.

Аналитические методы оптимизации

Они являются классическими методами оптимизации
и применяются, когда функция задана аналитически и
число независимых переменных невелико.

Аналитический поиск экстремума целевой непре-
рывной функции сводится к приравниванию её частных
производных нулю.

Метод множителей Лагранжа (J.L. Lagrange - фран-
цузский математик и механик, 1736 - 1813) используют,
когда на переменные наложены ограничения типа ра-
венства.

Вариационные методы позволяют найти экстремумы
функционалов, зависящих от выбора одной или
нескольких функций при разного рода ограничениях
(фазовых, дифференциальных, интегральных и т.п.),
накладываемых на эти функции. Использование этого
метода не всегда эффективно из-за относительной
сложности учёта ограничений, налагаемых на изменения
переменных.

Метод Гаусса-Зейделя (P.L. Seidel - немецкий астро-
ном и математик, 1821 - 1896) заключается в последова-
тельном поиске оптимума поочерёдно по каждой пере-
менной. После завершения перебора всех переменных
опять приходится перебирать переменные до тех пор,
пока не будет достигнут оптимум. Метод прост в
реализации, но его эффективность зависит от порядка
чередования переменных.

Одномерная оптимизация сводится к оптимизации
вида

R(x)^max(a<x<i>),	(3.5.1)

где а и b - минимальное и максимальное значения х.

Метод сканирования заключается в последовательном
переборе всех значений а<х<& с шагом е (погрешность
решения) с вычислением критерия оптимизации.

Метод деления пополам основан на делении текущего
отрезка [а, &], где содержится экстремум, на две равные
половины и последующем выборе одной из половин, где
находится максимум.

Метод золотого сечения основан на делении по
правилу золотого сечения отрезка [а, &], где содержится
максимум, на две неравные части, и последующем выборе
отрезка, где находится максимум. Золотое сечение
известно из «Начал» Евклида (Ed/Xsioug -
древнегреческий математик, Ш век до н.э.) и заключается
в делении отрезка АВ на две части АС и СВ таким
образом, что АВ:АС = АС:СВ.

Метод параболического сечения заключается в замене
нелинейной исходной функции параболой, построенной
по трём точкам. Затем находят экстремум, который, как
известно, лежит на её вершине.

Градиентная оптимизация

Эти методы относятся к численным методам
поискового типа. Онн универсальны, хорошо
приспособлены к решению на ЭВМ и в большинстве
случаев весьма эффективны при поиске экстремального
значения нелинейных функций с ограничениями и без
них, а также когда аналитический вид функции вообще не
известен. Вследствие этого градиентные (от лат. gradiens,
род. падеж gradientis - шагающий) методы широко
используются на практике. Суть этих методов состоит в
том, что последующее приближение функции получается
из предыдущего смещением в направлении градиента
функции.

Метод градиента формирует шаг по переменной как
функцию от градиента в текущей точке поиска.
Основным недостатком метода является необходимость
частого вычисления производных от функции.

Этого недостатка лишён метод наискорейшего спуска,
суть которого состоит в вычислении градиента и поиска в
этом направлении минимума функции.

Метод сопряжённых градиентов на начальных этапах
(вдали от оптимума) ведёт себя как метод первого
порядка, а в окрестностях оптимума приближается к
методам второго порядка.

Градиентные методы помимо очевидных преимуществ
(простота реализации, сравнительно малый объём
вычислений) имеют и ряд недостатков. Самый сущест-
венный из них - трудность нахождения глобального
максимума при наличии частных экстремумов.

Математическое программирование

Геометрическое программирование основано на
теореме О среднем, по которой среднеарифметическое
положительных чисел всегда больше или равно их
среднегеометрическому.

Геометрическое программирование применимо для
минимизации алгебраических выражений вида
F(xi,x2, ... x„) = '^_lC}P1(xi, x2, ... x„),	(3.5.2)

где Cj - положительные константы;

P(X!,X2. ...X„) =	’	(3.5.3)

где atj - действительные числа.

Линейное программирование позволяет найти
экстремум в задачах с линейными уравнениями. Одним из
основных методов линейного программирования является
симплекс-метод (лат. simplex - простой). Симплексом в п-
мерном пространстве называют фигуру, содержащую л+1
вершину. На плоскости - это треугольник, в трёхмерном
пространстве - тетраэдр и т.д. Вычислительная процедура
симплекс-метода состоит в последовательном решении
систем алгебраических уравнений. Алгоритм линейного
программирования очень удобен для решения на ЭВМ.

Динамическое программирование применяется для
многошаговых задач принятия оптимального решения.
Метод был предложен Р. Беллманом (R.E. Bellman -
американский математик, 1920 - 1984) При этом миого-
шаговость задачи либо отражает реальное протекание
процесса принятия решений во времени, либо вводится в
задачу искусственно за счёт расчленения процесса
принятия однократного решения на отдельные этапы,
шаги. Цель такого представления состоит в сведении
исходной задачи, состоящей в нахождении решения как
точки в пространстве высокой размерности, к решению на
каждом шаге задачи небольшой размерности (и даже
одномерной задачи). Недостатком динамического
программирования является необходимость выполнения
большого числа шагов и относительно большого объёма
ОЗУ для хранения промежуточных вычислений.
Статистическая оптимизация

В тех случаях, когда информация о рассматриваемом
объекте, процессе недостаточна или процесс настолько
сложен, что невозможно составить его детермини-
рованную модель, прибегают к экспериментально-
статистическим методам. Различают пассивный и
активный эксперимент.

Пассивный эксперимент является традиционным
методом, в соответствии с которым ставится большая
серия опытов с поочерёдным варьированием каждой из
переменных. В этом случае обработка опытных данных
для получения математической модели проводится
методами классического регрессионного и корреляцион-
ного анализа.

Активный эксперимент ставят по заранее
составленному правилу, при этом предусматривается
одновременное изменение всех параметров, влияющих на
объект, что позволяет сразу установить силу
взаимодействия параметров и на этом основании
сократить общее число опытов.

Регрессионный анализ заключается в определении
общего вида уравнения регрессии, построении статис-
тических оценок неизвестных параметров, входящих в
уравнение регрессии, и проверке статистических гипотез
о регрессии.

Корреляционный (от позднелат. correlatio -
соотношение) анализ основан на обнаружении
корреляционной зависимости между случайными
величинами или признаками.
ГЛАВА 4. МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ АВТОМАТИЧЕСКИХ
СИСТЕМ

Сложность современной техники и технологии
требует создания системных средств измерений, которые
позволяют воспринимать и перерабатывать значительные
объёмы информации в сжатые сроки, а зачастую и в
режиме реального времени.

К средствам измерений такого рода относят
информационные измерительные системы, структура
которых диктуется конкретными условиями применения.
Нахождение метрологических характеристик измери-
тельных каналов ИИС имеет особое значение, так как
они, как правило, определяют надёжность последующей
обработки информации и соответственно корректность
принятия решения.

ИИС является разновидностью средств измерений, и
поэтому на них распространяются все общие требования
к средствам измерений.

4.1.	Метрологическое обеспечение измерений
и испытаний

Метрологическое обеспечение измерений - это дея-
тельность метрологических и других служб, направлен-
ная на создание необходимых эталонов, образцовых и
рабочих средств измерений; правильный их выбор и
использование; разработку и применение метрологичес-
ких правил и норм; выполнение других метрологических
работ, необходимых для обеспечения требуемого
качества измерений на рабочем месте, предприятии
(организаций), в министерстве (ведомстве), в народном
хозяйстве.

Для метрологического обеспечения измерений необ-
ходимо:

-	применять средства измерений, удовлетворяющие по
диапазону, точности и быстродействию требованиям
измерительной задачи;

-	применять узаконенные методики измерений;

-	создать условия по обеспечению единства измере-
ний.

Решением вопросов метрологического обеспечения
метрологические службы занимаются самостоятельно или
совместно с другими службами.

Метрологическое обеспечение предприятия (организа-
ции) включает в себя:

-	проведение анализа состояния измерений на пред-
приятии или в организации;

-	установление рациональной номенклатуры измеряе-
мых величин, номенклатуры рабочих и образцовых
средств измерений, оптимальных норм измерений,
точности;

-	выбор, поверку и метрологическую аттестацию
необходимых средств измерений;

-	разработку методик измерений в зависимости от
установленных норм точности;

-	создание и поддержание условий, необходимых для
проведения измерений;

-	метрологическую экспертизу технических заданий,
конструкторской и технологической документации.

При отсутствии серийно выпускаемых промыш-
ленностью средств измерений, необходимых для
контроля технологического процесса, в метрологическое
обеспечение входит создание и признание законными так
называемых нестандартизованных средств измерений.

В метрологическое обеспечение входит также
внедрение государственной и вневедомственной норма-
тивно-технической документации, разработка норматив-
но-технических документов предприятия по метроло-
гическим вопросам, осуществление контроля за произ-
водством, состоянием, применением и ремонтом средств
измерений и соблюдением метрологических правил, норм
и требований на предприятии.

Важным видом метрологического обеспечения явля-
ется создание парка рабочих и образцовых средств
измерений и готовность их к применению.

Всё сказанное выше в полной мере относится к
контрольным испытаниям как методу, и испытательной
технике как средствам контроля соответствия показателей
качества продукции заданным требованиям. Метрологи-
ческое обеспечение испытаний складывается, с одной
стороны, из метрологического обеспечения контроля
параметров и характеристик испытуемых изделий, а с
другой - из метрологического обеспечения воспроизведе-
ния заданного физического поля.

Метрологическое обеспечение испытаний заключа-
ется в нормировании:

—	номенклатуры параметров контролируемого про-
цесса;

—	метрологических и точностных характеристик
средств испытаний со своими измерительными средст-
вами;

—	норм точности задания и поддержания испытатель-
ных режимов;

—	единиц физических величин и их производных;
-	норм точности измерений и классов точности изме-
рительных приборов;

-	методик контроля параметров испытательных режи-
мов и характеристик испытуемых изделий;

-	методов испытаний и оценки получаемых результа-
тов;

-	условий измерений и методик оценки погрешности
измерений;

-	технических требований к средствам метрологичес-
кого надзора и форм представления результатов
испытаний.

Нормирование осуществляется путём анализа тре-
бований директивных и нормативно-технических доку-
ментов к качеству продукции и точности испытаний, что
обеспечивает сопоставимость и согласованность требо-
ваний, экономическую целесообразность регламентируе-
мых (франц, reglement, от regie - правило) норм.

Метрологическое обеспечение испытаний немыслимо
без эталонной и технической баз, необходимых для
выполнения контрольных операций, без аттестации
средств и методов испытаний, методик выполнения
измерений и испытательных служб в целом. О
метрологическом обеспечении испытаний нельзя
говорить, не имея в виду государственные испытания
новых образцов испытательной техники, государствен-
ный надзор и ведомственный контроль за правильностью
применения, техническим состоянием и надёжностью
средств испытаний.

Метрологическое обеспечение испытаний - более
сложная проблема, чем метрологическое обеспечение
измерений, так как помимо мероприятий по повышению
точности и единства измерений включает в себя
мероприятия по сохранению средствами испытаний
способности воспроизводить и поддерживать с требуемой
точностью заданный испытательный режим в течение
определённого периода времени. Причём, это время
может исчисляться несколькими десятками тысяч часов,
что вызывает дополнительные трудности решения за-
дачи.

Метрологическое обеспечение испытаний есть
комплекс научно-технических, производственных и
организационных мероприятий, призванных обеспечить в
течение гарантируемого срока неизменность норми-
руемых точностных характеристик средств испытаний и
их способность воспроизводить и поддерживать с
требуемой точностью заданный испытательный срок,
регистрировать его параметры и результаты испытаний с
погрешностью не хуже заданной.

Чтобы испытательная техника, используемая для
контроля качества продукции, могла служить средством
метрологического обеспечения контроля качества, она
должна отвечать определённым требованиям, а выбор и
назначение методов и средств контрольных испытаний
должны осуществляться при определённом метрологичес-
ком подходе.

Основные требования, предъявляемые к средствам
испытаний и контроля, - это способность воспроизводить
в испытательном поле или пространстве строго
калиброванные нормированные физические поля,
обеспечивая одновременно контроль параметров
моделируемых воздействий и количественную оценку
реакции объекта испытаний на созданные возмущения с
погрешностью не хуже заданной.

В оценке качества выпускаемой продукции,
комплектующих изделий, сырья и материалов, в установ-
лении устойчивости их к механическим, климатическим,
электромагнитным и другим видам воздействий опре-
деляющее значение имеет испытательной оборудование,
под которым понимают технические устройства,
создающие воздействия, нагрузки на испытуемые
объекты.

Испытательное оборудование можно подразделить на
следующие виды:

-	испытательные стенды (вибрационные, удара, тряс-
ки, силовые, тяговые);

-	испытательные машины (на растяжение, сжатие,
кручение, срез образцов);

-	испытательные установки (камеры холода, тепла,
влажности, солнечной радиации);

-	испытательные аппараты (электрической прочности
изоляции, водонепроницаемости);

-	испытательные приборы (твёрдости).

В соответствен с ГОСТ 24555-81 основная форма
оценки точностных характеристик испытательного
оборудования - аттестация.

4.2.	Метрологические характеристики
средств измерений и испытаний

В соответствви с Рекомендациями РМГ 29-99
метрология (от лат. metron - мера и .. .логия) - это наука
об измерениях, методах, средствах обеспечения их
единства и способах достижения требуемой точности.
Различают теоретическую, законодательную и практичес-
кую (прикладную) метрологию.

Метрологические характеристики средств измерений
являются составной частью исходной информации:
—	для определения результатов измерений и расчётной
оценки характеристик инструментальной составляющей
погрешности измерений;

—	для расчёта метрологических характеристик каналов
измерительных систем, состоящих из средств измерений с
нормированными метрологическими характеристиками;

—	для оптимального выбора средств измерений;

—	для использования в качестве контролируемых ха-
рактеристик при контроле средств измерений.

Нормируемые метрологические характеристики — это
совокупность метрологических характеристик данного
типа средств измерений, устанавливаемая нормативными
документами на средства измерений. ГОСТ 8.009-84
предусматривает следующую номенклатуру метрологи-
ческих характеристик.

1.	Характеристики, предназначенные для определения
результатов измерений:

-	функция преобразования измерительного преобразо-
вателя, а также измерительного прибора с наименованной
шкалой или со шкалой, отградуированной в единицах,
отличающихся от единиц входной величины;

-	цена деления шкалы измерительного прибора;

-	вид выходного кода, число разрядов кода, цена
наименьшего разряда кода средств измерений,
предназначенных для выдачи результатов в цифровом
коде.

2.	Характеристики погрешностей средств измерений:

—	значения систематической составляющей As пог-
решности;

—	среднеквадратическое отклонение о[Л ] случайной
составляющей погрешности.

3.	Характеристики чувствительности средств
измерений к влияющим величинам:
- функция влияния y(Q.

4.	Динамические характеристики средств измерений:

-переходная h(t);

-амплитудно-фазовая G(ja>);

-амплитудно-частотная А0со)\

—	время реакции tr;

-	постоянная времени Т;

—	коэффициент демпфирования (от нем. Dempfer -
глушитель) .

Кроме того, средство измерений характеризуют
следующие метрологические характеристики.

Диапазон показаний средства измерений - область
значений шкалы прибора, ограниченная начальным и
конечным значениями шкалы.

Диапазон измерений - область значений величины, в
пределах которой нормированы допускаемые значения
погрешности средства измерений.

Статическая характеристика средства измерений (см.
рис. 1.1) равна

Y=YS{Y2[Y1(X)]}.	(4.2.1)

Чувствительность средства измерений 5

S = SrSrSi, S, =-^~.	(4.2.2)

где ДУ- приращение выходной величины при изменении
входной на Д X, стремящейся к нулю.

Графически чувствительность определяется тангенсом
угла наклона касательной, проведённой к выбранной
точке статической характеристики. Если статическая
характеристика средства измерений нелинейна, то его
чувствительность будет различной в разных точках
характеристики, а шкала прибора - неравномерной. Сред-
ства измерений с линейной или пропорциональной
статической характеристикой имеют неизменную в
любой точке шкалы чувствительность и равномерную
шкалу.

Погрешность измерения есть отклонение результата
измерения от истинного (действительного) значения
измеряемой величины.

Абсолютная погрешность измерения △ X

^Х = Хазм-Хаст,	(4.2.3)

где XU3V - результат измерения; Хист - истинное значение
измеряемой величины.

Кроме абсолютной, погрешность может быть
относительной

Л Г

3 ==^100%,	(4.2.4)

приведённой

а -------—------100 %,	(4.2.5)

•^тах

среднеквадратической, т.е. оценкой рассеяния единичных
результатов измерения в ряду равноточных измерений
одной и той же физической величины около среднего их
значения, вычисияемого по формуле

(4.2.6)

а также основной и дополнительной, мультипликативной
и аддитивной, систематической и случайной, статической
и динамической, инструментальной и др.
Класс точности - это обобщённая характеристика дан-
ного типа средств измерений, как правило, отражающая
уровень их точности, выражаемая пределами допус-
каемых основной и дополнительной погрешностей, а
также другими характеристиками, влияющими на
точность.

Поверка средства измерений есть установление
органом государственной метрологической службы (или
другим официально установленным органом, организа-
цией) пригодности средства измерений к применению на
основании экспериментально определённых метрологи-
ческих характеристик и подтверждение их соответствия
установленным обязательным требованиям.

Кроме указанных, следует отметить и другие часто
нормируемые метрологические характеристики средств
механических испытаний:

-	рабочие диапазоны частот, ускорений и перемеще-
ний;

-	длительность и форма ударного импульса;

-	число ударов в минуту (скорость соударения);

-	скорость изменения частоты;

-	допустимое значение коэффициента нелинейных ис-
кажений по ускорению;

-	точность задания и допускаемая погрешность изме-
рения частоты, амплитуды, длительности и формы
ударного импульса (в диапазоне частот и при
определённой нагрузке);

-	наибольший коэффициент гармоник (от греч.
T|ccppovi-xoo - созвучный, стройный) в диапазоне частот
при определённых нагрузке, ускорении и погрешности;

-	напряжённость магнитного поля рассеяния на уров-
не испытательной платформы в центре и на краю;
-	стабильность работы вибростенда с указанием режи-
ма и продолжительности работы;

-	шумовые характеристики в виде октавных (от лат.
octava - восьмая) уровней звуковой мощности и показате-
ля направленности излучения;

-	центробежное ускорение;

-	погрешность измерения числа оборотов в минуту.

Эти характеристики, присущие только средствам
испытаний, самым непосредственным образом влияют на
точность оценки степени соответствия контролируемых в
процессе испытаний свойств качества продукции
заданным требованиям.

4.3.	Метрологические характеристики
измерительных систем

Метрологическое обеспечение измерительных сис-
тем включает в себя следующие виды деятельности
(ГОСТ Р 8.596-2002):

-	нормирование, расчёт метрологических характерис-
тик измерительных каналов систем;

-	метрологическая экспертиза технической документа-
ции на систему;

-	испытания измерительной системы с целью утверж-
дения тина;

-	утверждение типа системы и испытания на соот-
ветствие утверждённому типу;

-	сертификация ИИС;

-	поверка и калибровка измерительной системы;

-	метрологический надзор за выпуском, монтажом, на-
ладкой, состоянием и применением систем.
Метрологические характеристики ИИС нормируют
для каждого измерительного канала и при необходимости
для комплексных и измерительных компонентов системы.

Нормированные метрологические характеристики
измерительных каналов должны обеспечить:

-	расчёт характеристик погрешности измерений, вы-
полняемых посредством измерительного канала в
рабочих условиях эксплуатации;

-	контроль при испытаниях и поверке системы на
соответствие нормированным метрологическим характе-
ристикам измерительного канала.

ГОСТ 8.009-84 предусматривает два комплекса (от
лат. complexus - связь, сочетание) погрешностей средств
измерений, которые следует брать за основу при
нормировании их метрологических характеристик.

Первый из них базируется на информации о
статистических характеристиках систематической и
случайной составляющих погрешности, а также
соответствую птик функций влияния на эти составляющие,
а второй - на использовании предельных основных и
допустимых погрешностей средств измерений.
Рассмотрим их подробнее.

Комплекс 1.

Л1 = (Л„<,<,,,£л,,Лд:>>	(4.3.1)

где Дос - систематическая составляющая основной пог-
решности средства измерений; Д о - случайная сос-
тавляющая основной погрешности средства измерений;
Доч - случайная составляющая основной погрешности,
обусловленная гистерезисом (от греч. тратерсокл -
отставание); А, - сумма дополнительных погрешнос-
тей Д; средства измерений, возникновение которых
обусловлено действием влияющих величин и
неинформативных параметров входного сигнала; Дд -
динамическая погрешность средства измерений,
появление которой обусловлено изменением входного
измерительного сигнала; т — число дополнительных
погрешностей.

Использование этого комплекса позволяет рассчитать
интервалы, в которых погрешность измерительного
канала ИИС находится с заданной вероятностью. Этот
интервал охватывает подавляющее большинство
возможных действительных значений погрешности
измерительного канала в реальных условиях. Часть
значений погрешности, не охватываемых данным
интервалом, определяется задаваемой при расчёте
величиной вероятности. Способ заключается в
статистическом объединении характеристик всех
существенных составляющих погрешности средств
измерений измерительного канала.

Комплекс 2.

Л2 = (Л0>£л,),	(4.3.2)

где До - основная погрешность средства измерений без
разделения на составляющие, как в модели 1.

В этом случае производится оценка пределов
погрешности измерительного канала по пределам
допускаемых основных и дополнительных погрешностей
средств измерений, входящих в измерительный канал,
определяемых их классом точности. При этом
определяется максимальное значение погрешности
измерительного канала.

В обоих случаях число т составляющих Л, должно
быть равно числу всех величин, существенно влияющих
на погрешность средства измерения.

Комплекс 2 применяют для средств измерений, у
которых случайная составляющая основной погрешности
пренебрежимо мала.

В зависимости от свойств средства измерения и
условий его применения отдельные составляющие
комплексов 1 и 2 могут отсутствовать.

Для измерительных каналов систем 1 изготовитель,
как правило, устанавливает нормы на метрологические
характеристики измерительных каналов в целом.

Для измерительных каналов систем 2 в проектной
документации в качестве метрологических характеристик
каждого измерительного канала допускается норми-
ровать характеристики по ГОСТ 8.009-84 при
нормальных условиях эксплуатации измерительных
компонентов и при рабочих условиях эксплуатации,
определяемых таким сочетанием влияющих величин,
когда характеристики погрешности измерительного
канала имеют по абсолютной величине наибольшие
значения. Рекомендуется также нормировать характе-
ристики погрешностей измерительного канала для
промежуточных сочетаний влияющих величин. Ука-
занные значения характеристик погрешности изме-
рительных каналов следует подтверждать их расчётом по
метрологическим и другим характеристикам компонентов
системы, образуюптих измерительный канал.

Метрологической экспертизе подвергают следующую
документацию:

-	техническое задание;
-	технические условия, руководство по эксплуатации,
конструкторскую и технологическую документацию;

-	проектную и эксплуатационную документацию;

-	методику расчёта метрологических характеристик
измерительных каналов;

-	программу и методику испытаний системы испы-
таний;

-	проект нормативного документа на методику повер-
ки ИИС.

Погрешность испытаний складывается из пог-
решности метода испытаний, инструментальной пог-
решности средств испытаний, погрешности измерений,
выполняемых в процессе испытаний, а также
погрешностей регистрации измерительной информации,
обработки и оценки полученных результатов. Кроме того,
на погрешность испытаний влияют погрешности,
обусловленные ошибками обслуживающего персонала.

Погрешность метода испытаний выражает степень
приближения выбранной модели поведения испытуемого
изделия путём воздействия на него испытательной
нагрузки к реальному процессу, протекающему в изделии
при его эксплуатации.

Инструментальная погрешность средств испытаний
формируется за счёт конструктивных недостатков
иснытатеныюй техники и выражается в неоднородности
физического поля, воспроизведённого испытательной
установкой, в несоответствии точностных характеристик
требованиям НТД и т.п.

Погрешность измерения - совокупность суммарной и
динамической погрешностей средства измерений,
вызываемых взаимным влиянием измерительных каналов,
собственными шумами, несинусоидальностью колебаний,
электромагнитным полем и другими причинами,
обусловленными конструкцией и принципом действия
средства измерений, точностью его градуировки,
разрешающей способностью, взаимодействием с окру-
жающей средой, амплитудно-частотной, фазочастотной и
амплитудной характеристиками. На погрешность
измерения, несомненно, влияют временная неста-
бильность параметров испытательного режима и такие
специфические для отдельных видов испытаний факторы,
как нелинейные искажения и поперечные составляющие
колебательного процесса и др.

Погрешность обработки и оценки результата испыта-
ний суммируется из погрешности метода и средств
обработки и оценки, а также неточностей и ошибок,
допущенных испытателями в процессе обработки полу-
ченных данных.

4.4.	Оценка эффективности информационных
измерительных систем

Эффективность (лат. effectus - исполнение, действие,
от efficio - действую, исполняю) - степень приспособлен-
ности определённых средств и методов их использования
для решения поставленной задачи.

Нахождение оптимального варианта ИИС или
определение её эффективности является сложной задачей,
так как требует учёта большого числа характеристик
объекта и ИИС, связанных сложными зависимостями.

Рассмотрим различные критерии оценки эффектив-
ности работы системы.
4.4.1.	Оценка работоспособности объекта

В процессе контроля возможны четыре исхода,
которые являются несовместимыми событиями и
иллюстрируются в табл. 4.4.1.

Таблица 4.4.1
Состояния объекта контроля

Состояние объекта	Результат контроля	Обозначение результата контроля	Вероятность получения результата
Годен	Годен	Ai	Р]
Годен	Негоден	а2	Ря
Негоден	Негоден	Аз	Р2
Негоден	Годен	А4	Рн

Вероятности Pi и Р2 характеризуют правильную
оценку состояния объекта. Вероятности Рл и Р„
характеризуют неправильную оценку состояния объекта и
являются соответственно вероятностями ложного и
необнаруженного отказа.

В дальнейшем будем рассматривать случаи отказа с
простейшим потоком отказов.

Условная вероятность работоспособности г-го неконт-
ролируемого параметра равна его условной вероятности
безотказной работы, которую обозначим где г -
порядковый номер проверки объекта:

= е^Р(лгчг-	0.4.1)

где 2 ( и ла - условные интенсивности отказов по г-му
параметру соответственно в рабочем и нерабочем состоя-
ниях; иг£’ - соответственно рабочее и нерабочее вре-
мя по z'-му параметру объекта к некоторому моменту пос-
ле его г-й проверки.

Под условной интенсивностью отказов и условной
вероятностью работоспособности понимают значения
этих величин для какого-либо параметра, исходя из того,
что определены соответствующие величины для каких-
либо других связанных параметров.

При малой зависимости контролируемых параметров
или приближённых расчётах можно рассматривать
безусловные вероятности работоспособности.

Условная вероятность работоспособности /-го конт-
ролируемого канала

(4.4.2)

где - условная вероятность безотказной работы по
/-му контролируемому параметру; D !г| - достоверность
r-й проверки и настройки /-го параметра объекта.

(4.4.3)

где г иг,— соответственно рабочее и нерабочее время
по /-му параметру объекта к моменту г после его
проверки.

Общая вероятность работоспособности объекта после
его г-й проверки и настройки

Р>'> - П О'" ПГН,-, -	(4.4.4)

где п - общее число параметров, характеризующих
работоспособность объекта; т - число контролируемых
параметров.
В общем случае достоверность r-й проверки и
настройки i-ro контролируемого параметра объекта
зависит от вероятности необнаруженных и тех ложных
отказов, которые при настройке переходят в
необнаруженные отказы. Обозначим последнюю вероят-
ность для f-го параметра Тогда

(4.4.5)

Чем выше вероятность правильной оценки объекта,
тем эффективнее ИИС.

4.4.2.	Время контроля и регулировки объекта

В общем виде среднее время контроля и регулировки
j-то типа объекта можно выразить формулой

Г = т, + £(г0, + Г„) + YiJ,. +

"i,	"i,	_

+ 2ЛЛ„ + Z (г-0„+ Т„ + Tpi)PA (4.4.6)

где Тг, Т cd, г о,, TKi, Tmi, TOia, 7V, Tp, - значения величин,
составляющих время контроля объекта; Тг — среднее
время готовности системы контроля; Т Cci — время
самопроверки i-ro канала; / - число самопроверок; п} -
число контролируемых параметров, определяющих
работоспособность объекта; г0, - время ожидания перед
хфоверкой i-ro параметра, определяющего работо-
способность объекта; TKt - время контроля i-ro параметра;
R — число блоков системы контроля; Т — время
устранения неисправности в z-м блоке системы контроля;
156
qai — вероятность отказа в г-м блоке системы контроля;
ГВП1 - время перепроверки г-го параметра; Р„ - сум-
марная вероятность признать годный параметр негодным
(РЛ1) и негодный параметр годным (Рг;); т, - число
контролируемых параметров для локализации
неисправности по г-му параметру объекта, опреде-
ляющему его работоспособность; г0(в - время ожидания
перед проверкой г-го параметра, локализующего неисп-
равность; Т\ — среднее время неисправности; Тр1 - время
устранения неисправности правильно или ложно
забракованного устройства.

Естественно, чем меньше время контроля объекта, тем
эффективнее работа ИИС.

4.4.3.	Стоимость системы контроля

Средняя стоимость системы контроля С определяется
суммарными затратами на её разработку и эксплуатацию

С = СР + Сэ,	(4.4.7)

где Ср - стоимость разработки и изготовления системы;
Сэ - стоимость её эксплуатации.

В свою очередь

=	(4.4.8)

где Ьр - коэффициент, определяемый в процессе
производства, 0 < bp < 1; С&р — стоимость простейшей
системы контроля при первоначальной вероятности

1 _ р

безотказной работы Р&; СдР (----) w - стоимость услож-
нённой ИИС с учётом дополнительных затрат по
достижении заданной вероятности безотказной работы.

При прочих равных условиях система контроля тем
лучше, чем дешевле.

4.4.4.	Оценка эффективности по информационному
критерию

Эффективность ИИС 3i(t, г ) можно выразить через
энтропии объекта, используемого без ИИС и с ней

£[Я„,((,г)-Я,((,г)]

aft г ) =	, (4.4.9)

где Horft, г ) - энтропия по i-му параметру объекта без
ИИС; H,(t, т ) - энтропия по i-му параметру объекта с
ИИС; Cp(t, т Cu(t, г ) - стоимость реального и идеаль-
ного процессов контроля.

Энтропия (от гр. evTpoTiia - поворот, превращение)
Н — функция состояния термодинамической системы, из-
менение которой dH в равновесном процессе равно
отношению количества теплоты dQ, сообщённой системе
или отведённой от неё, к термодинамической температуре
Т системы.

Без учёта стоимости информационный критерий
г) имеет вид

aft г ) = ----------------.	(4.4.10)

1Х(0О
Этот критерий изменяется в пределах от 0 до 1, когда
ИИС наиболее эффективна.

4.4.5.	Оценка по критерию эффективности
функционирования сложных систем

Оценку эффективности системы контроля по крите-
рию функционирования сложных систем можно,
нахфимер, выполнить путём определения эффективности
функционирования объекта, который контролируется
данной системой. Для этого необходимо знать возможные
состояния объекта S, вероятности этих состояния Н и
показатели технической эффективности этих состояний
Ф. При оценке эффективности системы контроля можно
понимать: под возможными состояниями — состояния
работоспособности выходных параметров объекта; под
вероятностями этих состояний — вероятность работоспо-
собности Р,; под показателями технической эффективнос-
ти состояний — вероятность выполнения задачи объектом
В ЭТОМ СОСТОЯНИИ Р&.

4.4.6.	Оценка по стоимостному критерию

Стоимостной критерий С имеет вид

С=С3 + Сп,	(4.4.11)

где Сз - затраты на разработку, изготовление и эксплуата-
цию системы контроля; Сп — потери от неэффективного
использования системы контроля

Сп= С„(Т) + Сп(Р) + С„( V),	(4.4.12)

Сп(Т) — потери, связанные со временем контроля и
регулировки; Сп(Р) - затраты, связанные с вероятностью
работоспособности объекта; Cn(V) - затраты, связанные с
такими характеристиками системы контроля, как вес,
габариты, условия эксплуатации.

Система контроля будет тем эффективнее, чем
меньше С.
ГЛАВА 5. АВТОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
ИЗМЕРЕНИЙ, ИСПЫТАНИЙ

И КОНТРОЛЯ

В данной главе рассмотрена измерительная система и
её компоненты, информационные измерительные
системы, дана их классификация, приведены различные
вицы информационных ИС, предоставлены этапы
проектирования измерительных систем, рассмотрены
микропроцессоры в системах контроля, а также канал
связи.

5.1.	Измерительная система

Измерительная система (ГОСТ Р 8.596—2002) —
совокупность измерительных, связующих, вычисли-
тельных компонентов, образующих измерительные
каналы, и вспомогательные устройства (компонентов
измерительной системы), функционирующие как единое
целое, предназначенная:

—	для получения информации о состоянии объекта с
помощью измерительных преобразователей в общем
случае множества изменяющихся во времени и прост-
ранстве величин, характеризующих это состояние;

—	машинной обработки результатов измерений;

—	регистрации и индикации результатов измерений и
результатов их машинной обработки;

—	преобразования этих данных в выходные сигналы
системы в разных целях.

Компонент (от лат. componens — составляющий) изме-
рительной системы — это входящее в её состав техничес-
кое устройство, выполняющее одну из функций, пре-
дусмотренных процессом измерений.
В соответствии с этими функциями компоненты
подразделяют на измерительные, связующие, вычисли-
тельные, комплексные и вспомогательные.

Измерительный компонент измерительной системы -
это средство измерений, для которого отдельно
нормированы метрологические характеристики, например
измерительный прибор, измерительный преобразователь
(первичный, включая устройства для передачи
воздействия измеряемой величины на чувствительный
элемент; промежуточный, в том числе модуль
аналогового ввода-вывода, измерительный коммутатор,
искробезопасный барьер, аналоговый фильтр и т.п.), мера.

К измерительным компонентам относят и так называе-
мые аналоговые «вычислительные» устройства, выполня-
ющие, по существу, не вычисления (операции над числа-
ми), а измерительные преобразования. Такие устройства
относят к группе аналоговых функциональных преобразо-
вателей или приборов с одним или несколькими входами.

Связующий компонент измерительной системы -
техническое устройство или часть окружающей среды,
предназначенное или используемое для передачи с
минимально возможными искажениями сигналов,
несущвх информацию об измеряемой величине от одного
компонента системы к другому (проводная линия связи,
радиоканал, телефонная линия связи, высоковольтная
линия электропередачи с соответствующей канало-
образующей аппаратурой, а также переходные устройства
- клеммные колодки, кабельные разъёмы и т.п.).

Вычислительный компонент системы - цифровое вы-
числительное устройство (или его часть) с программным
обеспечением, выполняющее вычисления результатов
прямых, косвенных, совместных или совокупных
измерений (выражаемых числом или соответствующим
ему кодом) по результатам первичных измерительных
преобразований в измерительной системе, а также
логические операции и управление работой системы.

В отдельных случаях вычислительный компонент
может входить в состав измерительного компонента,
метрологические характеристики которого нормированы
с учётом программы, реализуемой вычислительным
компонентом.

Комплексный компонент системы - конструктивно
объединённая или территориальная локализованная
совокупность компонентов, составляющая часть
измерительной системы, завершающая, как правило,
измерительные преобразования, вычислительные опера-
ции, предусмотренные процессом измерений и
алгоритмами обработки результатов измерений в иных
целях, а также выработки выходных сигналов системы.

Комплексный компонент системы - это вторичная
часть измерительной системы, воспринимающая, как
правило, сигналы от первичных измерительных преобра-
зователей.

Примерами комплексных компонентов могут служить
контроллеры, программно-технические комплексы, блоки
удалённого ввода-вывода и т.п.

Комплексный компонент, а также некоторые
измерительные и связующие компоненты измерительной
системы могут представлять собой многоканальные
устройства. В этом случае различают измерительные
каналы указанных компонентов.

Вспомогательный компонент - техническое устройст-
во (блок питания, система вентиляции, устройства,
обеспечивающие удобство управления и эксплуатации
системы и т.п.), обеспечивающее нормальное функ-
ционирование измерительной системы, но не участ-
вующие непосредственно в измерительных преобразова-
ниях.

В зависимости от назначения измерительные системы
разделяют на измерительные информационные, измери-
тельные контролирующие, измерительные управляющие
и др.

В зависимости от числа измерительных каналов
измерительные системы могут быть одно-, двух-, трёх- и
многоканальные.

Измерительную систему, снабжённую средствами
автоматического получения и обработки измерительной
информации, называют автоматической измерительной
системой.

Измерительную систему, перестраиваемую в зависи-
мости от изменения измерительной задачи, называют
гибкой измерительной системой.

Измерительная информационная система - это изме-
рительная система, предназначенная для представления
измерительной информации в виде, необходимом потре-
бителю.

Измерительная контролирующая система - измери-
тельная система, предназначенная для контроля парамет-
ров технологического процесса, явления, объекта или его
состояния.

В автоматических производствах контролирующая
система работает автоматически и её называют системой
автоматического контроля САК или АСК.

Система распознавания образов - это система для
автоматического распознавания печатных, рукописных,
фотографированных и иных знаков, текстов, рисунков и
схем, для выявления некоторых ситуаций в сложных
технических комплексах, таких как критическое и
аварийное состояние и т.д. Такие системы, в частности,
будут использовать для опознания людей по био-
метрическим параметрам: фотографии, изображению
радужной оболочки глаза (иридодиагностика, от греч.
ipio, род. падеж ipiSoo - радуга и ...диагностика),
отпечаткам пальцев (дактилоскопия, от греч. осхктглоп -
палец и ...скопия).

Система телеизмерений (от греч. rs/.s - вдаль, далеко
и ...измерений) - совокупность технических средств на
приёмных и передающих сторонах и каналах связи для
автоматического измерения одного или совокупности
параметров на расстоянии.

5.2.	Виды информационных измерительных систем

Примерная структурная схема ИИС приведена на
рис. 5.2.1.

Основными частями ИИС являются:

-	компьютер с периферийными устройствами;

-	программное обеспечение, представляющее собой
совокупность взаимосвязанных программ, написанных на
алгоритмических языках разного уровня;

-	интерфейс;

-	формирователь испытательных сигналов, который
воздействует на объект измерения с целью получения
измерительных сигналов. Каждый такой сигнал
вырабатывается с помощью последовательно соединён-
ных ЦАП и ПНИС (преобразователя «напряжение -
испытательный сигнал»);

- измерительные каналы системы, которые предназ-
начены для измерения и преобразования сигнала в
цифровую форму. Структура измерительного канала
существенно зависит от решаемой задачи. При обработке
нескольких измерительных сигналов одним АЦП в состав
канала включают коммутатор, предназначенный для
поочерёдного подключения сигналов ко входу АЦП.

По функциональному назначению информационные
ИС делят на измерительные системы (ИС), системы
автоматического контроля (САК), системы технической
диагностики (СТД), системы распознавания образов
(СРО).

ИС - это ИИС, предназначенная для функций измере-
ния и хранения информации.

САК - это совокупность функционально объединён-
ных мер, измерительных преобразователей, ЭВМ и дру-
гих технических средств, соединённых между собой кана-
лами связи, и предназначенная для выработки сигналов
измерительной информации о физических величинах,
свойственных далному объекту, в форме, удобной для
автоматической обработки, передачи, представления и

использовал ия.

СТД - система автоконтроля, в которой усталав-
ливается не только факт работоспособности, но и
определяется место нахождения отказа, а также
осуществляется локализация неисправности.

СРО - система для автоматического распознавания
печатных, рукописных и фотографированных знаков,
текстов, рисунков и схем и прочее, а также для выявления
некоторых ситуаций в сложных технических комплексах.
Рис. 5.2.1. Структурная схема информационной измерительной системы
По организации алгоритмов функционирования
ИИС делят на системы с жёстким, заранее заданным
алгоритмом функционирования, программируемые и
адаптивные системы.

В жёстких системах алгоритм функционирования
ИИС не меняется и любое изменение реализуемой
функции ИИС требует изменения её структуры. Таким
образом, эти ИИС имеют узкую специализацию. К ИИС с
жёстким алгоритмом функционирования можно отнести
радиолокатор кругового обзора или спутник-наблюда-
тель, траектория движения которого обусловлена
законами механики. В качестве примера рассмотрим
отечественную многозональную спутниковую систему
«Фрегат». Она содержит оптико-механическое скани-
рующее устройство, блок кодирования и обработки
информации и устройство цифровой радиосвязи.
Сканирующее устройство обеспечивает развёртку
изображения земной поверхности поперёк трассы полёта
в полосе 85 км одновременно в восьми диапазонах
спектра: 0,4 - 0,7; 0,5 - 0,6; 0,6 - 0,7; 0,7 - 0,8; 0,8 - 1,1;
1,2 - 1,3; 1,5 - 1,8; 2,1 - 2,4 мкм. Линейный размер мгно-
венного поля зрения для первых пяти диапазонов
составляет 80 км. Сканирующим элементом является
колеблющееся перед объективом одногранное зеркало.
Объектив фокусврует изображение на торцы световодов,
с выхода которых через полосовые спектральные
фильтры оно поступает на фотопреобразователи. Затем
электрические сигналы кодируются и поступают в
систему передачи данных.

В программируемых системах алгоритм её работы
изменяется в соответствии с заранее заданной
программой, которая составляется в зависимости от
условий функционирования объекта исследования.
В адаптивных системах алгоритм работы изменяется,
приспосабливаясь к изменениям измеряемой величины и
условий работы объекта. При построении адаптивных
систем требуется меньшая априорная информация об
объекте исследования, что имеет большое значение при
исследовании малоизученных процессов и явлений.
Примером адаптивной системы могут служить советские
«Луноход-1» и «Луноход-2», прилунившиеся 17 ноября
1970 г. и 16 января 1973 г., и американские марсоходы
«Spirit» и «Opportunity» (доставлены на Марс 4 и
25 января 2005 г.), которые могут исследовать заинтере-
совавший учёных участок поверхности более подробно.

В зависимости от способа организации передачи
информации между функциональными узлами системы
различают цепочечную, радиальную и магистральную
структуру ИИС (см. 2.5 ирис. 2.5.1).

По принципу действия ИИС бывают сканирующие,
многоточечные, мультиплицированные и параллельного
действия.

Сканирующие ИИС (рис. 5.2.2) используют для ис-
следования однородных информационных полей:
температурных, радиационных и других, при этом датчик
системы перемещается в пространстве. Такие АСК дают
возможность определять значение параметров в любой
точке, линии уровня, значение, расположение и форму
экстремумов и т.п.

Рис. 5.2.2. Сканирующая ИИС
Основным элементом таких систем является
сканирующий датчик, который может быть контактным
или бесконтактным.

В зависимости от траектории движения датчика
сканирующие системы бывают с жёстко запрограм-
мированной траекторией движения датчика или
адаптивные, когда траектория сканирования может
измениться в зависимости от получаемой информации.

Сканирующие ИИС могут использовать активный
датчик или пассивный.

Примером первой системы служат созданные в
последние годы приборы для дистанционного иссле-
дования. Они получили название лидаров (англ. Lidar, от
Light Detection And Ranging - обнаружение, определение
дальности с помощью света), т.е. оптических локаторов
для дистанционного зондирования воздушных и водных
сред. Они представляют совокупность связанных между
собой элементов: мощного лазера, оптического телескопа
с фотоприёмником, устройства управления и отображе-
ния информации, блока питания.

Лидары широко применяют для измерения
параметров атмосферы: влажности, температуры,
прозрачности, концентрации газовых и аэрозольных
компонентов, скорости ветра, верхней и нижней границы
облачности, а также для определения качества воды
естественных водоёмов, поиска полезных ископаемых,
предсказания землетрясений и т.д.

Лазерное зондирование атмосферы по сравнению с
другими методами дистанционного зондирования
(радиолокационное, акустическое) обеспечивает большую
дальность зондирования (в атмосфере, например, до
нескольких десятков километров), более высокие
пространственные разрешения (до долей метра) и
оперативность (время измерения - менее 1 секунды).

Примером системы, использующей пассивный датчик
(второй случай), служит система определения солёности
воды, включающая в себя кондуктометр и терморезистор
для определения температуры воды.

Сканирующие системы могут быть точечными или
матричными.

Точечные содержат датчик, измеряющий сигнал на
элементарной площадке, и перемещающийся от одной
площадки к другой.

Матричные системы имеют множество датчиков,
составляющих матрицу. Такой системой, например,
является компьютерный томограф (от греч. тоцоо -
ломоть, слой и .. .урафго - пишу), т.е. устройство для
исследования внутренней структуры объекта путём
получения с помощью вычислительных методов его
послойных изображений (томограмм) и измерения
физических характеристик вещества в любой локальной
области выделенного слоя по результатам просвечивания
различными видами проникающего излучения.

В компьютерном томографе проникающее излучение
взаимодействует с веществом объекта контроля, величину
взаимодействия измеряют и представляют в цифровом
виде. Обычно просвечивание осуществляют многократно
по различным пересекающимся направлениям, число
которых может достигать 104 - 10б в плоскости слоя тол-
щиной 1-10 мм. По результатам измерения с помощью
ЭВМ производят реконструкцию (восстановление) для
выделенного слоя пространственного распределения
физических характеристик объекта, вызвавшей изменение
какого-либо параметра просвечивающего излучения.
Восстановление пространственного распределения
исследуемой характеристики представляет собой матрицу
чисел, которая с помощью полутонового дисплея
преобразуется в видеосигнал и отображается на экране
монитора в виде чёрно-белого или окрашенного в
условные цвета изображения - томограммы.

В зависимости от вида просвечивающего излучения
различают рентгеновские, гамма-, протонные, ультра-
звуковые компьютерные томографы, а также томографы
на основе ядерного магнитного резонанса, так назы-
ваемые ЯМР- или магнитные томографы, в которых
используют резонансное радиочастотное излучение. В
рентгеновских и гамма-компьютерных томографах вос-
станавливаются пространственные распределения коэф-
фициентов ослабления используемого излучения; в
ультразвуковых - пространственное распределение коэф-
фициентов ослабления или скорости распространения
ультразвука. В магнитных томографах реконструируются
локальные концентрации резонирующих ядер и времена
их релаксации.

В состав компьютерного томографа обычно входят:
источник просвечивающего излучения; сканирующее уст-
ройство, обеспечивающее формирование области взаимо-
действия и её перемещение по объекту контроля; уст-
ройства для детектирования и измерения результатов вза-
имодействия излучения с веществом объекта; ЭВМ для
управления процессом сканирования, измерения, сбора и
цифровой обработки больших массивов данных (до нес-
кольких десятков мегабайт на слой); полутоновый дисп-
лей, а также средства для хранения информации в цифро-
вой форме и устройства для фоторегистрации томограмм.

Применение техники сканирующего просвечивания,
высокочувствительных детекторов, а также методов
цифровой обработки данных обеспечивает высокое
пространственное разрешение (1 - 10 пар линий на 1 мм),
большое отношение сигнал/шум (свыше 200 - 1000) и
соответственно высокую контрастную чувствительность
(0,1 - 0,5 %) в большом диапазоне значений восстанав-
ливаемых пространственных распределений (обычно 102
- 105). с помощью компьютерного томографа можно
исследовать объекты размером от нескольких десятков
миллиметров до нескольких метров. Точность
абсолютных измерений составляет обычно около 1 %, а
время исследования одного слоя может изменяться от
единиц миллисекунд до нескольких десятков минут.

Структурная схема рентгеновского компьютерного
томографа приведена на рис. 5.2.3.

Источником излучения в томографе является
рентгеновская трубка 2, формирующая тонкий (1 - 10 мм)
расходящийся пучок рентгеновских пучей 4, про-
низывающих объект контроля 3. Интенсивность
прошедшего излучения регистрируется детектором 5,
состоящим обычно из 500 - 1000 чувствительных к
излучению элементов. Режим работы рентгеновской
трубки задаёт высоковольтный генератор 1. Сканирую-
щее устройство 6 большинства рентгеновских то-
мографов представляет собой жёстко скреплённые
рентгеновскую трубку и детектор, непрерывно
кращающиеся вокруг исследуемого объекта.
Рис. 5.2.3. Структурная схема рентгеновского
компьютерного томографа:

1 — высоковольтный генератор; 2 — рентгеновская трубка;

3 — объект контроля; 4 — веерный пучок рентгеновского
излучения; 5—детекторы; 6 — сканирующее устройство;

7 — АТ1ТГ; 8 — электропривод; 9 — ЭВМ; 10 — полуто-
новый дисплей

Сигналы с элементов детектора после аналого-
цифрового преобразования 7 измеряются и поступают в
ЭВМ 9. Информация со всех элементов снимается через
0,5 - 1 °, в результате чего за один оборот сканирующего
устройства форми-руется массив данных об ослаблении
рентгеновского излучения, состоящий из 105 — 107 чисел,
упорядоченных в проекции, по которым в ЭВМ
осуществляется реконструкция томографического
изображения. ЭВМ также управляет высоковольтным
генератором, сканирующим устройством и АТ(ГТ.

В многоточечных (мультиплексорных) ИИС пер-
вичные измерительные преобразователи размещены сразу
во всех точках информационного поля. Подключение дат-
чиков к каналу осуществляется при помощи системных
коммутаторов - мультиплексоров (см. 2.4). В зависимости
от количества физических величин, подлежащих
измерению, многоточечные ИИС имеют одно-, двух- и
многоступенчатую систему коммутаторов. Одноступенча-
тую систему используют при числе датчиков менее 500, а
трёхступеичатую - более 5000. Например, на Чиркейской
ГЭС, которая сооружена на реке Сулак в Буйнакском
районе Дагестана, в системе контроля за состоянием тела
плотины использовано около 10.000 датчиков.

Для опроса большого количества датчиков использу-
ется несколько вариантов.

Циклический (от греч. кукХоо - круг) опрос, когда
датчики опрашиваются последовательно одни за другим,
используют для медленно меняющихся параметров на
небольших объектах.

Адресный (от франц, adresse) опрос - когда наряду с
медленно изменяющимися величинами имеют место
быстро протекающие процессы.

Инициированный (франц, initiative, от лат. initium -
начало) опрос - когда в зависимости от веса (значимости)
измеряемого параметра по запросу датчика осуществ-
ляется его измерение.

Достоинством системы является меньшее количество
оборудования по сравнению с ИИС параллельного
действия, возможность наращивания числа измеряемых
параметров.
Недостатком системы является пониженные точность
и быстродействие из-за использования мультиплексоров.

Мультиплицированные ИИС (система с развёр-
тывающим уравновешиванием или с общей мерой)
применяют в том случае, когда число измеряемых
однотипных параметров доходит до нескольких десятков.
Фактически они представляют собой совокупность
одноканальных измерительных систем, объединённых
общей образцовой мерой (ОМ), устройствами сравнения
(УС), одним блоком управления (БУ) и блоком индикаттии
(БИ) (рис. 5.2.4). Эти системы имеют меньшее число
элементов по сравнению с ИИС параллельного действия,
обеспечивая практически то же быстродействие. Недос-
татком является усложнение элементов сравнения.

Рис. 5.2.4. Мультиплицированная ИИС
Рис. 5.2.5. ИИС параллельного действия

ИИС параллельного действия представляют собой
многоканальную измерительную систему с использо-
ванием микропроцессора (МП) (рис. 5.2.5). Это один из
наиболее распространённых видов системы, обладающей
высоким быстродействием, надёжностью, независимым
управлением каждым каналом измерения, отсутствием
коммутаторов, возможностью обслуживания канала без
прерывания работы всей системы. Недостатком системы
является её повышенная сложность и стоимость.

Для ИИС характерна многоуровневая структура
(см. 2.5), достоинствами которой являются:

-	унификация микропроцессоров и связей между
ними, что позволяет сократить время разработки и легко
перестраивать систему под конкретные задачи;

-	разветвлённая сеть подсистем нижнего уровня, что
повышает надёжность системы в целом и даёт возмож-
ность обрабатывать данные в режиме реального времени;
-	разделение функций между подсистемами верхнего
и нижнего уровня, что позволяет снизить требования к
быстродействию отдельных подсистем;

-	значительное упрощение и унификация програм-
много обеспечения, что даёт возможность заменять или
модернизировать отдельные подсистемы нижнего уровня,
не нарушая системы в целом.

Ещё одной разновидностью ИИС является АСНИ, т.е.
автоматизированная система научных исследований. Она
представляет собой комплект измерительной и управляю-
щей аппаратуры для автоматизации научных исследова-
ний.

Научные исследования - это познавательный процесс,
результатом которого является информация, не-
обходимая для решения определённой задачи или
проблемы.

АСНИ позволяет выполнять следующие задачи:

-	измерение необходимых параметров объекта иссле-
дования;

-	сбор результатов измерений, передача их на расстоя-
ние и ввод в ЭВМ;

-	первичная обработка информации;

-	визуальное и графическое отображение информа-
ции;

-	сжатие информации;

-	сортировка, накопление и хранение упорядоченной
информации в виде банков данных;

-	автоматическое регулирование параметров экспери-
мента;

-	программное и программно-логическое управление
исследуемым объектом и условиями эксперимента для
физического моделирования заданного режима исследо-
вания;
-	математическое моделирование исследуемого объек-
та.

Для АСНИ характерны следующие черты:

-	уникальность решаемых задач;

-	изменчивость задач, объектов исследования, струк-
туры системы и её математического обеспечения;

-	нерегулярность режима эксплуатации;

-	широкие пределы измерений:

-	повышенные требования к точности измерений;

-	большое число первичных измерительных преобра-
зователей;

-	высокое быстродействие;

-	большой объём памяти.

53. Проектирование и внедрение информационных
измерительных систем

Создание конкретной ИИС (от момента возникнове-
ния идеи до внедрения системы) - сложный и длительный
процесс, который может занять несколько лет.

Продолжительность создания ИИС зависит от многих
факторов: степени сложности объекта испытаний, выбора
комплекта технических средств, квавификации и
численности проектировщиков, подготовленности
программного обеспечения и т.п.

Проектировавие ИИС включает в себя следующие
этапы: предпроектная подготовка, разработка техничес-
кого проекта, создание рабочего проекта. Завершается
создавие системы изготовлением опытного образца,
монтажно-наладочными работами и пуском ИИС в
эксплуатацию.

1.	Предпроектная подготовка содержит разработку
технического задания (ТЗ) и технического предложения.
При этом выбирают объект испытаний и устанавливают
цель ИИС, проводят технико-экономическое обоснование
проекта, предварительную оценку алгоритмов функцио-
нирования системы и т.п. Приближённо оценивают состав
и стоимость технических средств системы, ожидаемый
экономический эффект.

Результаты предпроектной проработки служат
исходными материалами для составления технического
задания на проектирование ИИС, в котором уточняют
цели и задачи ИИС, определяют технические требования
к системе и её составным частям, устанавливают этапы
разработки.

ТЗ содержит; наименование и область применения
системы, основание для разработки, цель, назначение
разработки, технические требования, экономические
показатели, стадии и этапы разработки, порядок контроля
и приёмки, минимальную цену. ТЗ согласовывается с
предприятием-разработчиком, предприятием-изготовите-
лем и утверждается заказчиком.

Техническое предложение обычно содержит:

-	поиск аналогов и определение патентоспособности;

-	сравнительную оценку различных реализаций ИИС
и выбор среди них оптимальной по алгоритму сбора и
обработки информации, техническому, программному,
информационному и организационному обеспечению,
видам интерфейсов и т.д.;

-	разработку и анализ функциональной схемы и обще-
го алгоритма функционирования системы;

-	решение вопросов метрологического обеспечения.

2.	Разработка технического проекта включает в себя
эскизный и технический проекты.

На этом этапе принимают все принципиальные
решения по построению комплекса технических средств,
алгоритмов управления и комплекса программного
обеспечения. Окончательно выбирают стандартные и
проектируют нестандартные технические средства.
Разрабатывают функциональные и принципиальные
схемы системы и её составных частей. Проводят
физическое и математическое моделирование работы в
целом или её отдельных блоков и модулей. Уточняют
алгоритмы работы ИИС, объёмы и форму представления
информации, циркулирующей в системе, частично или
целиком разрабатывают рабочие программы.

В тех случаях, когда некоторые принципиальные
технические решения можно применить только после их
проверки в реально функционирующей системе или после
отладки всего комплекса программного обеспечения,
составляют эскизно-технический проект, отдельные
разделы которого подлежат дальнейшей технической
разработке на следующих этапах создания ИИС.

Эскизный проект включает в себя документы, содер-
жащие принципиальные конструктивные решения,
дающее общее представление об устройстве и принципе
работы системы.

Технический проект предусматривает создание
документации, содержащей окончательные технические
решения, дающие полное представление об устройстве
разрабатываемой системы.

3.	Рабочее проектирование. На основании материалов
технического проекта разрабатывают следующую техни-
ческую документацию: комплект чертежей функцио-
нальной схемы ИИС, трубных проводок, план трасс и т.п.;
комплект чертежей на нестандартные технические
средства; комплект программного, математического и
информационного обеспечения; комплект рабочих
чертежей строительной части (включая установки
кондиционирования воздуха и электропитания); техни-
ческие условия на ИИС, инструкции по эксплуатации,
программированию, описание технических средств, алго-
ритмов и программ.

Особое внимание при подготовке рабочего проекта
уделяют вопросам обеспечения электропитания,
экранирования и заземления технических средств
системы. На этом этапе проводят также уточнённый
расчёт ожидаемой экономической эффективности от
внедрения ИИС, поскольку становится известным
практически весь объём капитальных затрат на
проектирование, изготовление, монтаж и отладку
системы.

4.	Монтажно-наладочные работы на объекте испыта-
ния проводят после завершения рабочего проекта, а
опытные (головные) образцы технических средств можно
изготавливать или поставлять параллельно в процессе
проектирования.

Наиболее важным фактором, влияющим на сроки
выполнения монтажных и наладочных работ, является
кремя, выделяемое на стыковку ИИС с объектом
испытаний и комплексную отладку программ при работе
в режиме реального времени.

Как правило, в процессе отладки ИИС в комплекте с
объектом испытаний и ввода её в эксплуатацию
выявляются новые технические требования, которые не
были или не могли быть учтены при проектировании
системы. В связи с этим одна из важнейших
характеристик инедряемых систем контроля -
способность к частичным изменениям и дополнениям как
технических средств, так и программного обеспечения.

ГОСТ выделяет также такие этапы, как испытания и
эксплуатацию измерительных систем.
Обычно проводят предварительные и приёмочные
испытания ИИС.

Предварительные испытания осуществляют совместно
разработчик и заказчик, чтобы определить работоспо-
собность системы и решить вопрос о возможности её
приёмки в опытную эксплуатацию. Результаты приёмки
записывают в «Акт приёмки в опытную эксплуатацию»
на основании протоколов предварительных испытании.
Продолжительность опытной эксплуатации определяют
по срокам, необходимым для проверки правильности
функционирования системы при выполнении всех
информационно-вычислительных функций и оценки
готовности персонала к взаимодействию с ИИС.

Приёмочные испытания (государственные, межве-
домственные или ведомственные) проводят для опреде-
ления соответствия параметров системы требованиям ТЗ
и ГОСТа, а также для выяснения возможности ввода ИИС
в действие. При этом допускается поэтапный ввод в
действие системы с оформлением промежуточных актов.
Приёмочные испытания завершаются составлением
протоколов всех испытаний и актом о вводе системы в
эксплуатацию.

Весь процесс создания ИИС делят на стадии,
регламентированные ГОСТом, и каждая из них
заканчивается выпуском и утверждением определённой
документации.

После пуска ИИС в эксплуатацию, как правило,
проводят анализ её функционирования, который
включает в себя:

-	предварительное обследование состояния АСК;

-	экспериментально-статистические исследования;

-	анализ полученных результатов;
-	разработку рекомендаций и заключительные мате-
риалы обследования.

Результаты работ по анализу работы ИИС могут быть
использованы для развития и совершенствования данной
системы, разработки унифицированных и типовых
решений технических структур и программного
обеспечения, необходимых для тиражирования ИИС,
создания систем, предназначенных для аналогичных или
близких по технологии объектов, научных обобщений по
всему циклу работ при создании ИИС.

Техническое описание и инструкция по эксплуатации
ИИС должны содержать, как правило, следующее
(ГОСТ 27300-87):

-	титульный пист;

-	содержание;

-	перечень вложенной документации, рисунков, черте-
жей, схем и т.п.

-	фотография или чертёж внешнего вида системы;

-	вводная часть;

-	назначение;

-	состав комплекса измерительной системы;

-	технические данные;

-	принцип действия;

-	принцип программирования;

-	указания по вводу в эксплуатацию;

-	меры безопасности;

-	поверка измерительно-информационной системы;

-	техническое обслуживание;

-	указания по устранению неисправностей;

-	правила хранения;

-	транспортирование;

-	приложение.
В зависимости от особенностей системы отдельные
разделы допускается объединять или исключать, а также
вводить новые.

5.4. Микропроцессоры в системах
измерения и контроля

Совершенствование технологии изготовления
полупроводниковых приборов привело к созданию
больших интегральных схем (БИС), включающих в себя
сотни тысяч и миллионы полупроводниковых
компонентов и позволяюпттгх реализовать достаточно
сложные специализированные вычислительные струк-
туры.

Появление микропроцессорных систем явилось
революционным шагом в развитии систем обработки
данных, так как коренным образом изменились способы
обработки информации.

Внедрение микропроцессоров и микро-ЭВМ в
измерительные средства позволяет повысить надёжность,
точность измерений, расширить функциональные
возможности приборов и систем. Например, могут быть
реализованы следующие функции: автоматическая ка-
либровка; коррекция нуля и температурной погрешности;
контроль и управление; преобразование и обработка
данных; принятие решений; диагностика и поиск
неисправностей; представление информации в удобной
для пользователя форме; автоматические испытания;
поверка приборов и измерительных каналов комплексов.

Микропроцессоры и ЭВМ являются частью
вычислительного компонента измерительной системы
(см. 5.1).
Микропроцессор — самостоятельное или входящее в
состав ЭВМ устройство, осуществляющее обработку
информации и управляющее этим процессом,
выполненное в виде одной или нескольких БИС.

В общем случае в состав микропроцессора входят:
арифметико-логическое устройство (АЛУ, см. 2.4), блок
управления и синхронизации, запоминающее устройство
(постоянное — ПЗУ и оперативное, временное — ОЗУ),
регистры и другие блоки, необходимые для выполнения
операций вычислительного процесса.

АЛУ осуществляет обработку поступающей из ОЗУ
информации по командам программы, хранящейся в ПЗУ,
порядок выполнения которых определяется блоком
управления и синхронизации. Исходные данные,
промежуточные и окончательные результаты вычислений
содержатся в ОЗУ, ПЗУ и специальных регистрах. Часть
регистров используют для организации выполнения
программы.

Как БИС микропроцессор характеризуется степенью
интеграции, потребляемой мощностью, помехоустойчи-
востью, нагрузочной способностью активных выходов,
определяющей возможность подключения к данному
микропроцессору других БИС, технологией изготовления,
типом корпуса, механическим ресурсом, устойчивостью к
механическому, климатическому и радиационному
воздействиям и др.

Как вычислительное устройство микропроцессор
характеризуется производительностью, разрядностью
обрабатываемых данных и выполняемых команд,
возможностью увеличения разрядности, числом команд
(микрокоманд), количеством внутренних регистров,
возможностью обеспечения режима прерывания, числом
уровней прерывания (уровней приоритета, от лат. prior -
первый, старший), способностью к обработке десятичных
кодов, объёмом адресуемой памяти, наличием каналов
прямого доступа к памяти, типом и числом входных и
выходных шин и их разрядностью, наличием и видом
программного обеспечения, способом управления.

На рис. 5.4.1 приведена структурная схема одно-
кристального микропроцессора с фиксированной разряд-
ностью обрабатываемых данных.

Такой микропроцессор выполняет функции
процессора ЭВМ, все операции которого определяются
хранящимися в его памяти командами. Особенностью
однокристального микропроцессора является наличие
внутренней шины, по которой происходит обмен
информацией между устройствами микропроцессора.

В микропроцессоре использован магистральный
принцип организации связи между узлами (см. 2.4),
заключающийся в том, что все узлы микропроцессора
работают поочерёдно на общую внутреннюю шину.

АЛУ - основной операционный блок микропроцессо-
ра, который выполняет арифметические и логические
операции, а также операции сдвига.

Система управления включает в себя дешифратор
команд, схему синхронизации и управления, регистры
временного хранения и мультиплексор регистров.

Блок регистров предназначен для хранения
поступающих данных и промежуточных результатов.

Регистр признаков предназначен для хранения
признаков разрядов результата операции, а также
разрядов, которые отражают состояние микропроцессора
на том или ином этапе выполнения программы;
разрешение прерывания, вид адресации, состояние стека
(от англ, stack - стог, груда) и др.
Регистр-аккумулятор (от лат. accumulator - собира-тель) -
регистр, разрядность которого соответствует разрядности
АЛУ, служит для фиксации одного из участвующих в
операции операндов, а также хранит результаты
выполненной операции. Кроме того, через него
реализуют обмен информацией между микропроцессором
и внешними устройствами ввода-вывода. Аккумулятор,
как и все регистры в микропроцессоре, реализуется на
одно- либо двухступенчатых триггерах.

Ряд соединённых определённым образом триггеров
образуют регистр или счётчик.

Регистр адреса осуществляет выдачу адресов на шину
адреса и, кроме того, позволяет отключить микро-
процессор от этой ШИНЫ.

К основным характеристикам микропроцессора или
ЭВМ относят:

-	быстродействие, которое определяется числом опе-
раций типа «сложение» в секунду, т.е. во флопах, или
частотой тактового генератора, Гц;

-	ёмкость памяти, измеряемая в байтах. Напомним
читателю, что 1кбайт = 210 байт = 1024 байт, соответст-
венно 1 Мбайт = 1024 кбайта;

-	стоимость, которая зачастую оказывается решаю-
щим фактором, влияющим на использование вычисли-
тельной техники.

Микропроцессору в ИИС и приборах присущи
следующие функции: контроллерные, вычислительные,
тестовые, сервисные и распределённой обработки
данных.
Шива управления

Рис. 5.4.1. Структурная схема микропроцессора
К контроллерным функциям относят функции
непосредственного управления элементами аппаратного
обеспечения, в частности программ-драйверов.

1.	Управление измерительной цепью. Это управление
пробоподготовкой (см. 2.2) (механическими манипу-
ляторами, дозаторами, гидро- и пневмосхемами, темпера-
турным режимом и пр.), переключателями каналов и
диапазонов и т.п.

2.	Управление измерительными усилителями.

3.	Управление аналого-цифровым преобразованием
(см. 2.6).

4.	Управление средствами общения с оператором -
клавиатурой, индикаторами, дисплеем, звуковой
сигнализацией.

5.	Управление регистраторами, т.е. принтерами,
самописцами, плоттерами.

6.	Управление внешней памятью.

Вычислительные функция. К ним относят функции
предварительной и основной обработки данных.
Математический аппарат, применяемый для обработки
данных, чрезвычайно разнообразен, приведём лишь
некоторые из них: калибровка, нормирование,
масштабирование, фильтрация, статистическая обработка
данных и многое другое.

Тестовые функции, к которым относят функции
обнаружения и локализации неисправностей. Тести-
рование осуществляется либо внешним микропроцес-
сором, либо с использованием основного процессора
системы. Во втором случае дополнительные затраты
практически сводятся к стоимости дополнительного ПЗУ
для хранения тестовой программы.

Сервисные функции расширяют возможности
измерительных приборов и систем: увеличивают объём
информации, число режимов измерений и обработки
информации, число параметров и т.п.

Функции распределённой обработки данных
позволяют распределить вычислительные функции между
программируемыми контроллерами системы, что
позволяет повысить скорость и надёжность обработки
информации, а также управления.

Появление микропроцессоров и широкое их
использование в измерительной технике позволило
существенно расширить функциональные возможности
средств измерений, улучшить их метрологические
характеристики, добиться качественного улучшения
уровня приборов и автоматизировать измерительный
процесс.

Микропроцессор является «младшим братом»
большого компьютера. В июне 2005 года был
обнародован очередной, 25-й по счёту, список
суперкомпьютеров ТОР-500. Первое место в нём по-
прежнему занимает компьютер BiueGene/L, созданный
IBM совместно с Национальной администрацией по
ядерной безопасности США. Производительность этой
машины увеличилась вдвое и достигла 136,8 трлн,
операций в секунду, т.е. терафлопс, FLOPS - FLoating
point Operation Per Second. Когда создание BiueGene/L
будет завершено, она опять удвоит свою производи-
тельность. Россия в этом престижном списке представ-
лена тремя компьютерами, самый мощный из которых,
кластер (англ, cluster) МВС150000ВМ с производитель-
ностью 8 Тфлопс занимает 56-е место. Уникальность
российской машины, в которой использовано 924
микропроцессора Power PC 970, состоит в том, что она
стала первой в мире, где использована самая передовая
технология Blade. Кстати, производить суперкомпьютеры
могут только США, Япония и Россия. Суперкомпьютеры
используются для управляемого термоядерного синтеза,
моделирования взрывов и ядерных испытаний,
разработки военной и аэрокосмической техники, систем
ПВО и ПРО, космических исследований, предсказания
погоды, расчётов в финансовой и экономических
областях и т.п.

5.5. Канал связи

Как следует из 2.3, длина интерфейса составляет всего
10 — 20 м, следовательно, он может объединить модули,
расположенные в одной-двух комнатах. Но расстояние
между отдельными частями системы контроля выбросов
химкомбината составляет километры, для геостационар-
ного спутника — 36.000 км, для межпланетной станции —
несколько миллионов и даже миллиардов километров.
Так, в 1977 году в США были запущены две
межпланетные станции «Voyager—1, 2», которые в 1979
году исследовали Юпитер, в 1980 — 81 г.г. — Сатурн и его
спутник Титан. После этого «Voyager—1» вышел из
плоскости эклиптики (от греч. екХешспа — затмение) в
пространство, где нет планет. «Voyager—2» исследовал
Нептун и тоже вылетел из плоскости эклиптики. В
настоящее время они выходят за пределы Солнечной
системы, и в марте 2005 года, когда связь с ними
прекратилась, расстояние до них составило
соответственно 14,2 и 11,4 млрд (фр. milliard) км.
Поэтому для нормального функционирования ИИС обмен
информацией между её отдельными элементами
осуществляется по каналам связи.
Канал связи - совокупность технических средств и
физической среды, предназначенных для передачи
информации.

Канал связи является связующим компонентом
измерительной системы (см. 5.1).

Основными техническими средствами, входящими в
состав канала связи, являются: передатчики, приёмники,
усилители сигналов, кодирующие и декодирующие
устройства, модуляторы и демодуляторы, коммутаторы,
фильтры и др.

Линия связи - совокупность технических средств и
физической среды, обеспечивающих распространение
сигналов от передатчика к приёмнику.

В зависимости от характера сигналов различают
линии электрической (проводной и радиосвязи), звуковой
(акустической) и световой, или оптической связи.

Способность канала связи передавать информацию
характеризуется рядом параметров, важнейшим из
которых является пропускная способность, определяемая
максимально возможным количеством информации,
передаваемой за единицу времени. Кроме того, канал
связи характеризуется амплитудно-частотной характе-
ристикой, полосой пропускания, помехоустойчивостью,
шумами и т.д.

Качество передачи (ГОСТ Р МЭК 870-1-4-98) -
термин, определяющий показатели качества сетей связи,
например такие, как частота искажения бита, готовность
выделенного канала, вероятность искажения пакетов
битов, отношение сигнал/шум, амплитудные и фазовые
искажения, нелинейность, помехи внутри канала.

Связь между полосой пропускания линии В (Гц) и ее
максимально возможной пропускной способностью С
(бит/с) определяется одним из основных законов теории
информации - теоремой Шеннона - Хартли (С.Е. Shannon
- американский математик и инженер XX века, один из
создателей математической теории информации)

С = В log2(l + SNP),	(5.5.1)

где SNP - отношение мощности сигнала и шума.

Без учёта шума максимальная скорость передачи
данных определяется законом Найквиста (Н. Nyquist -
американский физик XX века)

С = В log2M,	(5.5.2)

где М — число различимых состояний информативного
параметра сигнала.

По способу представления данных при передаче
различают аналоговые и цифровые каналы. Недостатком
аналоговых каналов является трудность обеспечения
высокой точности передаваемых данных, поэтому более
широкое распространение получили цифровые каналы.

Немного отвлечёмся от ИИС и отметим развитие циф-
рового радио- и телевещания, что касается всех и каждо-
го. Ещё в 1998 году была принята «Концепция внедрения
наземного цифрового вещания в РФ». По этой концепции
к 2015 году все российские радио- и телепередатчики и
приёмники будут работать только в «цифре». В 2004 году
принято постановление Правительства РФ «О внедрении
цифрового телевизионного и звукового вещания в РФ».
Россия - пятая страна в мире, где цифровое телевидение
уже заработало в коммерческом режиме.

Возможности цифрового вещания удивительны.
Прежде всего, увеличится число телевизионных каналов.
В полосу, занимаемую одним аналоговым каналом,
можно упаковать до 16 цифровых каналов. Намного
улучшится качество изображения, на нём не будет муара,
сетки, ряби и снега. И качество изображения не зависит
от способа кодировки или сжатия сигнала (см. ниже),
которые определяют лишь надёжность сигнала. Картинка
всегда идеальна, а если нет, то она просто рассыпается на
части.

Специальные цифровые приставки к телевизору дадут
возможность зрителю участвовать в телевизионной
передаче в интерактивном режиме. Цифровое теле-
видение позволит отсечь всё ненужное - поток рекламы,
всё то, что не захочет смотреть зритель.

Сейчас существует три стандарта цифрового вещания:
европейский DVB, американский ATSC и японский ISDB.
В Европе цифровой телевизионный сигнал рассмат-
ривается как часть общего интеллектуального устройства,
которое управляет всей электроникой, включая факс,
интернет, радиосигнал. В США делается ставка на
надёжный сигнал высшей чёткости. При этом качество
сигнала настолько высоко, что прочих услуг частотная
полоса вместить уже не может. Япония совмещает
лучшие стороны двух стандартов, хотя ISDB всё же
ближе к гибкому европейскому DVB.

Развитие технологии мобильной связи привело к
созданию следующего, четвёртого поколения или 4G
(HSDPA - High Speed Downlink Packet Access, т.е. техно-
логия высокоскоростного пакетного доступа по входя-
щему каналу).

Эта технология является логическим продолжением
3G WCDMA и ныне широко используемой цифровой
связи GSM, GRPS и EDGE. Пиковая скорость передачи
данных в сети HSDPA составляет 8 Мбит/с, а средняя -
1 - 1,5 Мбит/с. При такой производительности на
HSDPA-телефоне можно будет смотреть сразу восемь
цифровых кинофильмов.
С телефонной мобильной связью конкурирует альтер-
нативная технология беспроводной связи, пришедшая из
компьютерного мира - Wi-Fi и WiMax (скорость переда-
чи до 70 Мбит/с).

По методу передачи кодовых слов цифровые каналы
делят на параллельные, последовательные и последова-
тельно-параллельные.

При передаче аналоговых сигналов для повышения
помехозащищённости применяют различные виды
модуляции. Модуляция (от лат. modulatio - верность,
размеренность) - процесс перехода от кодовых символов
к элементам сигнала. В аналоговых каналах связи с
несущей частотой (радиоканал) применяют амплитудную
(АМ), частотную (ЧМ) и фазовую (ФМ) модуляцию. В
цифровых каналах связи последовательного типа
используют различные виды времяимпульсной
модуляции: амплитудно-импульсную (АИМ), широтно-
импульсную (ПТИМ), фазоимпульсную (ФИМ),
импульсно-кодовую (ИКМ), а также импульсно-счётную
(ИСМ), дельта-модуляцию (8-М), дифференциальную
импульсно-кодовую (ДИКМ) и другие. Как указывалось
вытпе, в последнее время всё чаще данные, изначально
имеющие аналоговую форму (речь, музыка,
телевизионное изображение и т.п.), передают по каналам
связи в дискретном (цифровом) виде. Такой процесс
преобразования аналогового сигнала в дискретный
называется дискретной модуляцией.

По степени чаптшпённости канал может быть
незащищённый, защищённый от помех, чаптшпённый от
помех передаваемого кода и защищённый от
несанкционированного доступа.

По направлению передачи канал может быть
симплексный, дуплексный и полудуплексный.
Симплексная связь обеспечивает передачу данных
только в одном направлении, например, от датчика
измерительной системы - в компьютер.

Дуплексный (от лат. dublex - двойной) канал связи
обеспечивает одновременную передачу данных как в
прямом, так и в обратном направлении.

Полудуплексная связь обеспечивает передачу данных
как в прямом, так и в обратном направлении, однако в
каждый данный момент времени передача возможна
только в одном направлении. При такой связи каждый
объект должен иметь возможность переключаться из
состояния передачи в состояние приёма и обратно.
Помните, «Ромашка, ромашка, перехожу на приём».

По методу работы каналы делят на селекторные и
мультиплексорные.

Селекторный (от лат. selector - сортировщик) канал
связи предназначен для подключения только одного
устройства.

Мультиплексорный канал связи одновременного
обслуживает нескольких параллельно работающих
устройств.

По структуре связей каналы бывают односвязные,
соединяющие между собой два устройства,
разветвлённые, в которых одно устройство может быть
связано с каждым из нескольких пунктов, и сетевые,
обеспечивающие единую связь между любыми двумя
устройствами системы.

В соответствии с международным стандартом
разработаны рекомендации по скоростям передачи
данных. В частности, для телеграфных каналов связи
установлены скорости передачи 50, 100 и 200 бит/с, для
телефонных каналов связи - 200, 600, 1200, 1800, 2400,
300, 3600 бнт/с и далее по закону 600-2", где п = 3,4,5 ...
По виду используемой среды канал связи может быть
проводным, кабельным, волноводным, радиоканалом,
инфракрасным, мобильным и волоконно-оптическим.

Проводные линии связи представляют собой провода
без каких-либо оплёток, висящие в воздухе. Ови
передают телефонные и телеграфные сигналы, их видно
из любого окна, но в последнее время они активно
вытесняются кабельными (от гол. kabel - канат, трос).

Кабельные линии состоят из проводников,
заключённых между несколькими слоями изоляции:
электрической, электромагнитной, механической.
Коаксиальный кабель состоит из медного провода
(жилы), окружённого слоем изоляцви и оплёткой.
Оплётка играет роль земли и экранирует жилу от
внешних помех. Его применяют для создалня локальных
и глобальных сетей, кабельного телевидения. Тонкий
кабель (диаметр около 5 мм) передаёт сигнал без
значительных потерь на расстояние около 200 м, а
толстый (диаметр около 10 мм) - до 500 м.

Широко используется кабель «витая пара», который
представляет собой пару медных скрученных проводов в
изоляции. Скручивание проводов существенно свижает
влияние помех на полезный сигнал, в том числе
наводимых соседним проводом. Длина линви связи
неэкранированной витой пары составляет 100 м. Кабель,
состоящий из четырёх витых пар, способен передавать
данные со скоростью 100 Мбит/с.

Волноводный канал представляет собой волновод, т.е.
полую или частично залолненную диэлектриком
металлическую трубу или стержень из диэлектрика, по
которому распространяются электромагнитные колебания
с длиной волны 0,2 - 30 см.
Радиоканал организуют с использованием передатчика
и приёмника радиоволн. В диапазонах ДВ, СВ и КВ с АМ
обеспечивается дальняя радиосвязь при невысокой
скорости передачи данных. В диапазонах УКВ и СВЧ
(более 4 ГГц) с ЧМ передача является более скоростной,
но только в пределах прямой видимости, поэтому она
применяется для спутниковой и релейной радиосвязи.

В беспроводных мобильных сетях в качестве среды
передачи используют телефонные сети и общедоступные
службы. При этом применяют пакетное радио-
соединение, сотовые сети и спутниковое вещание. В
случае пакетного рядиосоединення данные разбивают на
пакеты, в которых имеется адрес источника, адрес
приёмника и информация об ошибке. Пакеты передаются
на спутник, который транслирует их в радиовещательном
режиме. Сотовые цифровые пакеты данных (CDPD
Cellular Digital Packet Data) используют ту же
технологию, что и сотовые телефоны. Они передают
данные по существующим сетям в те моменты времени,
когда сеть не занята. Это очень быстрая технология связи
с задержкой в доли секунды, что делает её вполне
приемлемой для передачи в режиме реального времени.

Инфракрасные беспроводные сети используют для
передачи данных инфракрасные лучи. Правда, длина
передачи невелика - до 30 м, зато скорость передачи
данных может составлять 100 Мбит/с. Существует четыре
типа инфракрасных сетей: сети прямой видимости, на
отражённом и рассеянном излучении, а также
модулированные оптические сети. ИК сети, к сожалению,
подвержены помехам со стороны сильных источников
света. В качестве примера ИК сетей можно привести всем
знакомые пульты управления телевизоров, видео-
магнитофонов, технологию Bluetooth и т.п.
Волоконный световод представляет собой гибкую
нить (волокно) с сердцевиной из высокопрозрачного
диэлектрика, окружённого оболочкой с показателем
преломления меныпим, чем у сердцевины. Направленная
передача световой энергии в нём происходит вследствие
явления полного внутреннего отражения света на границе
раздела между сердцевиной и оболочкой.

Волоконные световоды - наиболее качественный тип
кабеля:

-	благодаря малым потерям и широкополосности
обеспечивается возможность высококачественной переда-
чи данных на большие расстояния;

-	световоды отличает высокая стойкость к воздейст-
вию окружающей среды - огню, влаге, химическим
веществам и т.п.;

-	они не проводят электрический ток и по этой
причине не обладают свойством индукции, не
подвержены действию электромагнитных помех;

-	благодаря высоким изоляционным свойствам на них
не влияет разность потенциалов, они не искрят и взрыво-
безопасен;

-	очень тонки, легки и гибки;

-	долговечны;

-	имеют неограниченные природные ресурсы для их
производства.

Волоконно-оптические системы позволяют передавать
информацию со скоростью в 100 тысяч раз больше, чем
самые лучшие системы радиосвязи. В настоящее время
все континенты на Земле связаны между собой
подводными волоконно-оптическими кабелями связи,
общая длина которых достаточна, чтобы обмотать земной
шар шесть раз. Большая часть информации между
континентами передаётся на сегодняшний день по
волоконно-оптическим световодам, а не через спутнико-
вую связь.

В настоящее время по волоконным световодам можно
передавать информацию со скоростью до 1 Тбит/с (1*1012
бит/с).

Волоконно-оптическая связь бурно развивается.
Мировое производство волоконных световодов составило
в 2001 году 70 млн. км. Скорость передачи информации в
экспериментальных волоконно-оптических системах
связи составила фантастическую величину 10 Тбит/с.
Такая высокая скорость достигнута за счёт так
называемого спектрального уплотнения каналов, т.е.
передачи по одному волоконному световоду нескольких
сотен независимых каналов, отличающихся длиной волны
несущего излучения.

Полоса пропускания телефонных каналов связи
составляет 300 - 3400 Гц, радиовещательных 30 Гц - 15
кГц, телевизионных 50 Гц - 5 МГц, оптоволоконных - до
нескольких сотен МГц.

Основная классификация функций систем связи соот-
ветствует семиуровневой модели OSI (ВОС - взаимо-
действие открытых систем), разработанной ИСО (ISO -
международная организация по стандартизации).

Физический уровень 1 имеет отношение к физичес-
ким, электрическим, функциональным и процедурным
характеристикам для организятпти. обслуживания и
отключения физической линии. Он управляет передачей
битов.

Канальный уровень 2 обеспечивает надёжную
посылку блоков данных (кадров) по физической линии.
Уровень выполняет следующие функции:

-	кодирование блока;

-	обнаружение ошибок передачи;
-	исправление ошибок;

-	контроль доступа нескольких станции к одной фи-
зической линии;

-	адресация каналов передачи далных.

Сетевой уровень 3 относится к передаче блоков
данных (пакетов) в сеть передачи данных или через неё.

Уровень управляет:

-	адресацией сети;

-	виртуальными цепями;

-	разделением пакетов, если этого требует сеть пере-
дачи;

-	обеспечением того, чтобы пакеты были представле-
ны в порядке следовалия (когда запрашиваются тралс-
портным уровнем);

-	маршрутизацией пакетов.

Транспортный уровень 4 разработан для обеспечения
прозрачной, надёжной, дешёвой передачи сообщений
между пользователями.

Уровень управляет:

-	сквозным контролем для предупреждения потерь
или дублирования сообщений;

-	контролем потока;

-	сквозным контролем последовательности;

-	адресацией транспортных услуг пользователя;

-	мультиплексированием транспортных соединений;

-	сборкой и разборкой сообщений в потоке.

Уровень 4 разработан для обеспечения стандартного
интерфейса пользователей с транспортными услугами.

Сервисный уровень 5 стандартизует процесс установ-
ки связи между даумя пользователями.

Он связан с выполнением следующих функций:

-	установкой правил диалога (кто, когда и как долго
говорит);
-	нормальным порядком завершения (окончания);

-	восстановлением сеанса без потери данных в случае
прерывания передачи.

Уровень представления 6 обеспечивает общее
представление (изображение) данных, используемых
между местным и удалённым пользователем. Этот
уровень определяет элементы данных и структуры и
осуществляет, при необходимости, преобразование. Он
обеспечивает правила интерпретации синтаксиса
передаваемых данных.

Прикладной уровень 7 обеспечивает взаимодействие
прикладных программ.

Сжатие или компрессия (от лат. compressio - сжатие)
данных - это сокращение объёма данных, передаваемых
по каналу связи или вводимых в память. Основой сжатия
данных является лаконичное представление информации.
Спектральный состав поступающей информации обычно
неизвестен. Поэтому её передача осуществляется так,
чтобы обеспечить количество данных, необходимое для
воспроизведения более широкой полосы частот, чем
полоса частот реального сигнала. Например, если
наивысшая частота, содержащаяся в передаваемом
сигнале, равна Фтах, то частота квантования о>к по
времени берётся в соответствии с теоремой Котельникова
(В.А.Котельников - советский радиотехник, 1908 - 2005)
равной й)к = озф, где й)ф» й)тах- В результате возникает
статистическая избыточность данных.

Статистическое сжатие данных состоит в уменьшении
статистической избыточности. Существует также
семантическая (от греч. aepavTixoa - обозначающий)
избыточность, зависящая от получателя данных.

На сжатие данных передающая сторона тратит
дополнительное время, к которому нужно ещё прибавить
аналогичные затраты времени на разворачивание этих
данных принимающей стороной, поэтому выгоды от
сокращения на передачу сжатых данных обычно заметны
только для низкоскоростных каналов (до 64 кбит/с).

Статическая компрессия обеспечивает предваритель-
ное сжатие данных, например, с помощью архиваторов
ARJ, RAR, WinZip.

Существующие алгоритмы сжатия информации
можно разделить на две большие группы:

-	алгоритмы сжатия без потерь: алгоритм Лемпеля-
Зива (Lempel-Ziv, LZ), RLE (Run Length Encoding),
кодирование Хаффмана (Huffman);

-	алгоритмы сжатия с потерями: JPEG (Joint
Photographic Expert Group), M-JPEG, MPEG (Motion
Picture Expert Group).

Для передачи данных по каналу связи используют
модем (Модулятор-ДЕМодулятор) - устройство преобра-
зования последовательных цифровых сигналов в
аналоговые и наоборот.

Модем имеет два интерфейса: с аналоговой линией и с
оконечным устройством (рис. 5.5.1).

Простейшей сетью с использованием модемов являет-
ся двухточечный телефонный канал, в котором два моде-
ма соединены («точка-точка») линией связи (рис. 5.5.2).
Существует два типа телефонных линий, по которым
можно осуществлять модемную связь:

-	каналы общедоступной коммутируемой телефонной
связи (коммутируемые линии);

-	арендуемые (выделенные) линии.

По режиму работы модемы бывают:

-	асинхронные, которые работают в режиме асинх-
ронной стопстартной позначной передачи. Такие модемы
являются низкоскоростными;
-	синхронные (от греч. <7VVXT1POVOC - одновременный),
когда модем генерирует сигналы синхронизации и
данные передаются блоками;

- асинхронно-синхронные, которые могут осуществ-
лять асинхронную и синхронную передачу данных.

Асинхронно-синхронные и синхронные модемы рабо-
тают только с фиксированными скоростями передачи.

Модемный	Телефонный

интерфейсный кабель интерфейсный кабель

телефонной линии

Рис. 5.5.1. Интерфейсы модема

Линия связи

Рис. 5.5.2. Двухточечный канал связи
Любой модем, работающий с 4-проводной 2-точечной
линией, использует одну пару проводов для передачи, а
вторую - для приёма и, следовательно, может работать в
дуплексном режиме. Модемы, работающие с 4-проводной
многоточечной линией, работают только в полу-
дуплексном режиме. Модемы, имеющие только
синхронный режим, работают на 4-проводной 2-точечной
некоммутируемой линии, при этом одно коммутируемое
соединение обеспечивает полудуплексный режим, а
двойное коммутируемое соединение - дуплексный
режим.

Асинхронно-синхронные модемы работают на 2-
проводных линиях (либо выделенных, либо комму-
тируемых), и все они могут работать в дуплексном режи-
ме.

Модемы имеют два стандартных физических
интерфейса:

- последовательный интерфейс передачи данных
RS-232;

-интерфейс с телефонной линией RJ-11.

Для организации быстрой и качественной связи можно
воспользоваться линиями цифровой службы передачи
данных (DDS - Digital Data Service). Цифровые линии
доступны в розничных формах, включая DDS, Т1, ТЗ, Т4
и Switched 56, при этом не требуется использование
модемов. Самая распространённая из них - Т1 позволяет
дуплексно передавать данные, речь, видеосигналы со
скоростью 1,544 Мбит/с.
ГЛАВА 6. РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМ ИЗМЕРЕНИЙ,
ИСПЫТАНИЙ И КОНТРОЛЯ

В данной главе приведены различные автоматические
системы измерений, испытаний и контроля, реали-
зованные в машиностроении, нефтегазовой и химической
промышленности, в энергетике, городском хозяйстве, для
научно-исследовательских целей, учебного процесса,
экологического мониторинга и аналитического контроля,
а также для спутникового дистанционного зондирования
Земли.

6.1.	Автоматическая система усталостных
и износоусталостных испытании

Автоматическая система усталостных и износо-
усталостных испытаний состоит из универсальной
машины и измерительно-управляющей системы.

Универсальная машина предназначена для проведе-
ния испытаний;

-	на треиие и изнашивание (при скольжении, качении
и качении с проскальзыванием);

-	на механическую усталость (при изгибе с вращени-
ем);

-	а также для износоусталостных испытаний (на фрик-
ционно-механическую, контактно-механическую уста-
лость, фреттинг-усталость).

Универсальная машина имеет следующие техничес-
кие характеристики.

Диаметры рабочей части образца, мм:

-	при испытании на треиие	10-60

-	при испытании на усталость	10

-	при износоусталостных испытаниях	10
Типы контробразцов: диск, ролик, цилиндр, колодка,
втулка, пластина, мостик, палец.

Диапазон бесступенчатого регулирования
частоты вращения, мин'1:
- образца	300 - 5000

- контробразца	50 - 2000

Диапазон задаваемых значений
коэффициента проскальзывания
образца и контробразца, %	0-80

Погрешность коэффициента проскальзывания, % <2

Предел допускаемой основной
приведённой погрешности измерения
частоты вращения образца и контробразца, %	0,02

Диапазон изменения момента трения, Н-м 0,5 - 20

Предел допускаемой погрешности
измерения момента трения, %	2

Диапазон измерения линейного
износа образцов, мкм	1 - 1000

Приведённая погрешность измерения
линейного износа образцов, %	<2

Диапазоны бесступенчатого регулирования
нагрузок по задаваемым законам, Н:
- контактных	20 - 5000

-изгибных	50- 1500

Погрешность измерения нагрузки, %	2

Номинальная мощность электродвигателей, кВт:
- привода образца	7,4

- привода контробразца	2,2

Принципиальная схема испытательной машины при-
ведена на рис. 6.1.1.

Машина работает следующим образом.
Электродвигатель 3 вращает испытываемый образец 1,
изгибающие напряжения в котором создаются с помощью
привода 6, а контактная нагрузка - приводом 7.

Электродвигатель 4 с помощью гибкого вала 5
вращает контробразец 2. При этом электродвигатель 4
может работать как в режиме двигателя, так и в режиме
тормоза в зависимости от условии испытаний. Привод
контробразца включает также механизмы поперечного 8
и продольного нагружения.

Оба электродвигателя 3 и 4 управляются тирис-
торными блоками, позволяющими изменять в широком
диапазоне и поддерживать с высокой точностью
заданную частоту вращения образца и контробразца.

Момент трения, возникающий в процессе испытания,
измеряет бесконтактный индуктивные датчик 9. Частоты
вращения образца 1 и контробразца 2 контролвруют
бесконтактные электронные тахометры 11. Контактную и
изгибающую нагрузки измеряют тензодатчики 10.
Бесконтактный датчик 12 является счётчиком числа
оборотов. Температура в зоне контакта трущихся
поверхностей измеряется с помощью термопары 13.
Суммарный линейный износ пары трения в процессе
испытаний контролируют индуктивным датчиком 14.
Параметры вибрации и шума, используемые для
диагностики предельного состояния испытываемых
образцов, контролируют стандартными приборами.
Рис. 6.1.1. Принципиальная схема машины:

I — испытываемый образец; 2 - контробразец; 3 — электро-
привод образца; 4 - электропривод контробразца; 5 - гиб-
кий вал; 6 - привод изгибающей нагрузки; 7 - привод наг-
ружения контактной нагрузкой; 8 - привод поперечного
нагружения контробразца; 9 - датчик момента трения;
10 - тензодатчики; 11 — тахометры; 12-счётчик оборо-
тов; 13 - термопара; 14 — датчик линейного износа

Проведение износоусталостных испытаний на машине
возможно тремя способами.

1.	Если контактные нагрузки отсутствуют, то проводят
обычные усталостные испытания образца при консольном
изгибе с вращением, в том числе и по стандартным
методикам (ГОСТ 25.502-79).

2.	Если отсутствует изгибающая нагрузка, то
выполняют испытания на трение при скольжении (к
образцу 1 при его вращении прижимают контробразец 2)
или на трение при качении (к образцу 1 при его
вращении прижимают ролик 2). Трение качения может
быть свободным (чис-тым) или с проскальзыванием - это
зависит от соот-ношения частот вращения образца и
контробразца. Такие испытания также проводят по
стандартным методикам (ГОСТ 25.502 -79).

3.	Комплексные износоусталостные испытания
проводят при одновременном сочетании двух нагрузок -
изгибной и контактной. Если в процессе таких испытаний
реализуется трение скольжения (тело 2 прижимают к
образцу 1), то это - испытания на фрикционно-ме-
ханическую усталость. Если же в рабочей зоне
устанавливают мостики фреттинга (от англ, fret - под-
тачивать), то это - испытания на фреттинг-усталость.

Для износоусталостных испытаний на машине была
разработана измерительно-управляющая система (рис.
6.1.2), в основу работы которой положены следующие

принципы:

-	высокая надёжность работы, основанная на модуль-
ной структуре построения;

-	максимальная степень автоматизации измерений и
управления ходом испытаний;

-	обеспечение достоверности измерения результатов
параметров;

-	гибкость управления и выработка оперативных реак-
ций в реальном масштабе времени;

-	простота и доступность диалогового программно-
математического обеспечения, позволяющего квалифи-
цированно обрабатывать сигналы и накопленные данные
и представлять результаты испытаний в удобном для
пользователя виде.
Система имеет следующие параметры:

Число каналов управления 16, в том числе:
- аналоговых	4

-	дискретных (24 В)	8

-	дискретных (220 В)	4

Частота опроса каналов	программируемая

Число измерительных каналов 27, в том числе:
-аналоговых	12

-	дискретных (токовая петля)	15

Линия связи	двухпроводная (z = 75 Ом)

Скорость передачи информации	750 кбод

(Бод - единица скорости телеграфирования, определяемая
как одна элементарная посылка в секунду. Она названа в
честь французского изобретателя XIX века Ж. Бодо -
Y. Baudot. Бод является «уходящей натурой». Если не
используется сжатие информации, то 1 бод = 1 бит/с.

Для управления процессом сбора и обработки данных
служит программное обеспечение, позволяющее:

1.	Перед началом испытаний гибко настраивать
систему управления и измерения на различные виды
испытаний, определять конфигурацию необходимых в
данных конкретных условиях датчиков, задавать частоту
опроса каждого информационного канала.

2.	Управлять двигателями вращения и нагружения
путём задания константы (параметрической кривой) с
помощью таблицы или математической функции во
времени. В качестве переменных регулирования могут
быть использованы текущие значения параметров
измерительных каналов, предусмотрено также ручное
управление исполнительными устройствами
непосредственно с клавиатуры ЭВМ.
Рис. 6.1.2. Структурная схема измерителъио-управляющей системы
3.	Регистрировать на жёстком диске информацию от
датчиков со скоростью до 750 кбод.

4.	Оперативно отображать ход испытаний на
мониторе, останавливать эксперимент при поломке
образца, при достижении установленных критических
значений величин (вибрация, деформация, износ и др.),
по окончании времени испытаний, по желанию
оператора.

5.	Сортировать данные по файлам данных после
окончания испытаний по каждому измерительному
каналу, проводить анализ накопленной в ходе
эксперимента информации с применением аналитических
зависимостей, строить кинетические графики и расчётные
кривые (кривые усталости, предельного состояния и др.),
рассчитывать критерии повреждений и т.д.

6.2.	Автоматическая система учёта тепловой энергии

Автоматическая система учёта тепловой энергии
ТЭМ-05М предназначена для измерения, коммерческого
учёта и регистрации количества теплоты в открытых и
закрытых системах теплоснабжения, а также в системах
горячего водоснабжения, потребияемой жилыми, общест-
венными, коммунально-бытовыми зданиями.

ТЭМ-05М осуществляет автоматическое измерение:

-	расхода теплоносителя в трубопроводах системы
теплоснабжения или горячего водоснабжения;

-	температуры теплоносителя в трубопроводах систе-
мы теплоснабжения или горячего водоснабжения и
трубопроводе холодного водоснабжения;

-	избыточного давления теплоносителя в трубопрово-
дах (при наличии датчиков давления с токовым выходом);
-	времени наработки при поданном напряжении пита-
ния;

-	времени работы в зоне ошибок.

ТЭМ-05М осуществляет вычисление:

-	разности температуры теплоносителя в прямом и
обратном трубопроводах (трубопроводе холодного водо-
снабжения);

-	потребляемой тепловой мощности;

-	объёма теплоносителя, прошедшего по трубопрово-
дам;

-	потреблённого количества теплоты.

ТЭМ-05М осуществляет индикатшто всех измеряемых
и вычисляемых параметров. Кроме того, возможно
преобразование выбранного параметра в унифицирован-
ный сигнал постоянного тока.

ТЭМ-05М вычисляет и хранит в энергонезависимой
памяти среднечасовые и среднесуточные значения
параметров системы теплоснабжения, а также производит
фиксацию и индикацию ошибок в своей работе и в работе
системы теплоснабжения. Среднечасовые значения
хранятся в памяти за последние 32 суток работы, а
среднесуточные - за последние 150 суток работы.

ТЭМ-05М позволяет выводить текущую и статис-
тическую информацию с помощью коммуникационной
связи через последовательный интерфейс RS-232C (в том
числе с помощью модема по телефонной линии связи).
При наличии адаптера информацию можно выводить
непосредственно на принтер.

В зависимости от исполнения система позволяет
осуществлять учёт тепловой энергии по одной из
следующих схем (рис. 6.2.1).

В каждой из приведённых схем потреблённая теплота
рассчитывается по формуле:
схема a	Q = G1(h1-h2),	(6.2.1)
схема 6	Q = G2(h!-h2),	(6.2.2)
схема в	Q = Gjhi - G2h2 - (Gj - G2) hxe, (6.2.3)
схема г	Q = Gi(hi-h2),	(6.2.4)
схема д	Q=G1(h1-h2).	(6.2.5)

схема е: система I Qi = Gi(hi - кг),	(6.2.6)

система

П Qn = G3(h3 - h^) - G4(h4 - hxe). (6.2.7)


Рис. 6.2.1. Схемы включения теплосчётчика:
а - закрытая система отопления (подающая); б - закрытая
система отопления (обратная); в - открытая система отоп-
ления (двухпоточная); г - закрытая система отопления
(рабочая подающая); д - закрытая система отопления (ра-
бочая обратная); е -1 система: закрытая система (рабочая
подающая); П система: открытая система (двухпоточная)

ТЭМ-05М обеспечивает измерение объёмного и
массового расхода теплоносителя, а также объёма и
массы теплоносителя в диапазоне от 2 до 100 %
выбранного наибольшего расхода Gmax- Диапазоны
расходов для каждого диаметра условного прохода
первичного преобразователя расхода приведены в табл.
6.2.1. Значение Gmin может быть программно установлено
отличным от заданного в табл. 6.2.1 в пределах от 2 до
15 % G^.

Таблица 6.2.1
Зависимость измеряемого расхода от диаметра условного
прохода датчика

	Диапазон расходов					
	1		2		3	
д,, мм	м3/ч	м3/ч	м3/ч	м3/ч	м3/ч	м3/ч
10	0,0050	0,250	0,0100	0,500	0,0200	1,00
15	0,0250	1,25	0,050	2,50	0,100	5,00
25	0,050	2,50	0,100	5,00	0,200	10,0
32	0,100	5,00	0,200	10,0	0,400	20,0
50	0,200	10,0	0,400	20,0	0,800	40,0
80	0,500	25,0	1,00	50,0	1,60	100
100	1,00	50,0	2,00	100	4,00	200
150	2,00	100	4,00	200	8,00	400

У теплосчётчика вводится переходный расход Gt,
который делит диапазон расходов на верхнюю и нижнюю
зоны с разными значениями основной относительной
погрешности (Gt - 0,Q4-Gmm).

При наличии токовой платы теплосчётчик
осуществляет линейное преобразование выбранного
параметра в унифицированный сигнал постоянного тока
0-5 или 4-20 мА. При этом максимальное значение
сигнала постоянного тока соответствует 100 % шкалы
выбранного параметра. В качестве преобразуемого
параметра могут быть выбраны: температура
теплоносителя, расход теплоносителя в подающем или в
обратном трубопроводах.

Диапазон измерения температуры теплоносителя:

—	в прямом трубопроводе, °C	20 —150

-	в трубопроводе холодного водоснабжения, °C 5-50

—	разность температур теплоносителя в

прямом и обратном трубопроводах, 3 -140 °C
= 3 °C и может программно устанавливаться в
диапазоне от 3 до 50 °C).

Вид теплоносителя — вода.

Применяемые в теплосчётчике микросхемы
энергонезависимой памяти типа EEPROM обеспечивают
гарантированное хранение информации в течение 10 лет.

Тип материала внутреннего покрытия трубопровода и
электродов первичного преобразователя расхода и
соответствующие рабочее и пробное давление приведены
в табл. 6.2.2.

Потребляемая мощность, не более 15 В-А.

Максимальная длина линий связи между первичным
преобразователем расхода и измерительно-вычисли-
тельным блоком — не более 100 м.

Сопротивление каждого провода четырёхпроводной
линии связи между терморезистором и вычислительным
блоком должно быть не более 100 Ом, сопротивление
каждого провода двухпроводной линии связи — 0,1 Ом.
Таблица 6.2.2

Тип материала первичного преобразователя расхода

Материал внутреннего покрытия трубы	Материал электродов	Темп- тура тепло- носи- теля	Рабочее давление, МПа (кг/см2)	Пробное давление, МПа (кг/см2)
Фторопласт 4Д, ГОСТ 14096-77	12Х18Н10Т 06Н28МДТ ХН60МБ	min 0°С max 150 °C	2,5 или  1,6 (25,0 или 16,0)	3,8 или  2,5 (38,0 или 25,0)

Длина линии связи при передаче по RS 232С не
должна превышать 15 метров.

В табл. 6.2.3 указана основная относительная погреш-
ность теплосчётчика при измерении количества теплоты
по МИ 2164-91 и по международной рекомендации
МОЗМ Р75.

Таблица 6.2.3

Основная относительная погрешность измерения
количества теплоты

Разность температур теплоносителя в прямом и обратном трубопроводах Л/, °C	Пределы допускаемой основной относительной погрешности измерения количества теплоты д’, %
3<Л г<10	± 6 (± 8)
10<Дг<20	±5(±7)
20<Д Г<140	±4(±6)
В табл. 6.2.4 указана основная относительная пог-
решность теплосчётчика при измерении расхода тепло-
носителя.

Таблица 6.2.4
Основная относительная погрешность измерения расхода
теплоносителя

Диаметр условного прохода Ду> ММ	Расход теплоносителя G, м3/ч	Пределы допускаемой относительной погрешности измерения расхода д,%
10,15,25, 32, 50,	0,<>2G.„„<G<G,	±4,0
80,100,150	Gt <G< Gmax	±2,0

Основная относительная погрешность измерительно-
вычислительного блока при вычислении количества
теплоты не превышает значений, указанных в табл. 6.2.5.

Таблица 6.2.5

Основная относительная погрешность вычисления
количества теплоты

Разность температур
теплоносителя в прямом
и обратном трубопроводах
△ г, °C

3<Д Г<10
10<Дг<140

Пределы допускаемой
основной относительной
погрешности вычисления
количества теплоты
__________д', %_________
±2,0
±1,0
Основная относительная погрешность измерения
разности температур комплектом терморезисторов приве-
дена в табл. 6.2.6.

Таблица 6.2.6

Основная относительная погрешность измерения
разности температур

Температура теплоносителя Л?, °C	Основная относительная погрешность измерения разности температур г>,%
3<Дг<10	±2,0
10<Дг<20	±1,0
20<Д г<140	±0,5

Абсолютная основная погрешность измерительно-
вычислительного блока при преобразовании сигналов от
терморезисторов не превышает значений, определяемых
уравнением

Л =±2,0 + 0,001Г,	(6.2.8)

где t — измеряемая температура.

Основная относительная погрешность датчиков
давления не превышает ± 0,5 %.

Основная относительная погрешность измерительно-
вычислительного блока при преобразовании сигналов от
датчиков давления не превышает ± 0,5 %.

Основная приведённая погрешность преобразования
значений выбранного параметра в унифицированный
сигнал постоянного тока не превышает ± 0,5 %.

Первичный преобразователь расхода (рис. 6.2.2)
состоит из корпуса с магнитной системой и немагнитной
трубы с электродами, внутренняя поверхность которой
покрыта изоляционным материалом - фторопластом.

Рис. 6.2.2. Внешний вид ПИП расхода

Электроды расположены в среднем сечении трубы
диаметрально противоположно друг другу и изолированы
от трубы.

Магнитная система состоит из двух обмоток,
размещённых по обе стороны от трубы так, чтобы
электроды находились на оси симметрии электромагнит-
ного поля.

На корпусе первичного преобразователя расхода
установлена клеммная коробка. Места соединения частей
корпуса уплотнены герметиком. Крышка клеммной
коробки и штуцеры кабельных вводов имеют резиновые
уплотнения.

Принцип действия первичного измерительного
преобразователя расхода основан на измерении эдс,
индуктируемой в потоке электропроводящей жидкости
под действием внешнего магнитного поля.
Принцип действия первичных измерительных пре-
образователей температуры - терморезисторов основан
на зависимости сопротивления резистора от темпера-
туры.

Принцип действия первичных измерительных
преобразователей давления «Сапфир» основан на зави-
симости выходного тока от деформации сапфировой
мембраны с нанесёнными на неё резисторами, пропор-
циональной измеряемому давлению.

Измерительно-вычислительный блок состоит из
нескольких субблоков: аналоговой платы измерения
расхода, температур и избыточного давления, платы
преобразования выбранного параметра в унифицирован-
ный сигнал постоянного тока, цифрового дисплея и
микропроцессорной платы тепловычислителя.

На передней панели блока размещены двухстрочный
жидкокристаллический индикатор, две кнопки управле-
ния и светодиод, индицирующий миганием процесс рабо-
ты микропроцессора.

Теплосчётчик измеряет потребляемое количество
теплоты путём обработки информации о расходе
теплоносителя и разности его теплосодержания до и
после потребителя теплоты.

Количества теплоты вычисляют по формуле

е= '\а plh:-h2)dT,	(6.2.9)

где Q - количество теплоты, МВт/ч; G - объёмный расход
теплоносителя в трубопроводе (прямом или обратном), на
котором установлен первичный преобразователь расхода,
м^ч; р — плотность теплоносителя в прямом и обратном
трубопроводах, на которых установлен первичный преоб-
разователь расхода, кг/м3; hi — удельная энтальпия тепло-
носителя в прямом трубопроводе (МВт'ч)/кг; йг — удель-
ная энтальпия теплоносителя в трубопроводе холодного
водоснабжения — для открытых систем теплопотребления
(удельная энтальпия теплоносителя в обратном трубо-
проводе — для закрытых систем теплопотребления),
(МВт-ч)/кг; Ti, Т2 - время начала и конца измерения и на-
копления , ч. Энтальпия (от греч. evriqaZno — нагреваю) —
однозначная функция состояния термодинамической
системы при независимых параметрах энтропии S и
давления р. При постоянном давлении изменение
энтальпии равно количеству теплоты, подведённой к
системе, поэтому энтальпию называют часто тепловой
функцией или теплосодержанием.

Необходимость учёта тепловой энергии привела к
появлению множества других теплосчётчиков.

Это, например, теплосчётчик КМ—5, который измеряет
расход от 0,0015 до 2500 м3/ч при диаметре условного
прохода 10 — 300 мм с погрешностью, не превышающей
2 %. Диапазон измерения разности температур в
трубопроводах водяных систем отопления составляет от 1
до 150 °C. Теплосчётчик снабжён большим количеством
периферийных устройств, существенно расширяющих его
функциональные возможности.

Преобразователь интерфейса RS-485/RS-232 обес-
печивает аппаратную ретрансляцию сигналов двух-
проводной полудуплексной линии связи RS—485 в
сигналы интерфейса RS-232 при организации связи
персонального компьютера или устройства переноса
данных.

Устройство переноса данных УПД-8, 16, 32, 64 пред-
назначено для беспроводного переноса информации от
теплосчётчика в пункты обработки информации.
Адаптер периферии АП-5 выполняет основные
функции контроля и управления теплосчётчиками,
заменяя в этом персональный компьютер и имея значи-
тельно меньшие стоимость, габариты и вес.

Интегратор сети RS-485 предназначен для ор-
ганизации связи персонального компьютера, адаптера
периферии АП-5 или устройства переноса данных
УПД-8, 16, 32 с теплосчётчиком и выполняет функции
ретрансляции сигналов интерфейса RS-485 в сложных
сетевых конфигурациях.

Щиты монтажные ЩБП-З, ЩБП-4/АП предназначены
для электропитания и ретрансляции данных теплосчётчи-
ков, а в варианте ЩБП—4/АП, кроме того, для дистан-
ционного управления, тестирования и вывода на печать
базы данных теплосчётчиков КМ-5.

Теплосчётчики ТСК5 и ТСК7 предназначены для
измерения параметров теплоносителя и тепловой энергии
в водяных и парсвых системах. Их особенностью
является использование не только электромагнитных
(Dy = 10 - 200 мм и расход до 1.357 т/ч), но также вих-
ревых (Dy = 15 - 350 мм и расход до 5.000 т/ч), тахомет-
рических (Dy = 15 - 200 мм и расход до 1.000 т/ч) и ульт-
развуковых (Dy = 15 - 4.200 мм и расход до 150.000 т/ч)
расходомеров. На базе ВКТ5 можно построить одну или
две системы автоматического регулирования параметров
теплопотребления с регуляторами разных типов.
Управляющие сигналы имеют напряжение TTL-уровия и
подаются на исполнительное устройство через блок
сопряжения.

Натли широкое применение также теплосчётчики
«ВИС.Т», измерители-вычислители «ПРАКТИКА» и
другие.
6.3.	Автоматизированная система
контроля и учёта энергии

Увеличение стоимости энергоресурсов, уменьшение
количества невозобновляемых источников энергии
(нефть, газ, уголь, торф, дрова) вызывают необходимость
экономного их расходования и строгого контроля над
потреблением.

Автоматизированная система контроля и учёта
энергии (АСКУЭ) предназначена для выполнения
следующих функций:

—	измерения и учёта расходования энергоресурсов
(электроэнергии, тепла, газа) и воды потребителями в
жилом и производственном секторах;

—	управления тарифом двухтарифных счётчиков;

—	контроля за состоянием систем энерго- и водоснаб-
жения;

—	передачи экстренной информации от потребителей
аварийным, ремонтным и другим службам (МЧС,
противопожарной, правопорядка и др.).

Система может быть использована в коммунальном
хозяйстве города, в промышленности, сельском
хозяйстве, на транспорте, в сфере обслуживания и может
работать автоматически (без обслуживающего персонала)
в непрерывном режиме в жилых домах и на
промышленных предприятиях.

АСКУЭ представляет собой централизованный
компьютеризованный многоуровневый радиотехнический
комплекс с иерархической структурой. На рис. 6.3.1
приведена функциональная схема системы.

Конфигурация системы определяется конкретными
условиями применения, количеством и типами абонентов
на обслуживаемой территории, числом и видами каналов
АСКУЭ, может обслуживать десятки миллионов
счётчиков, датчиков и позволяет вести учёт энерго- и
водопотребления даже в крупных городах, например, в
Москве.

Рис. 6.3.1. Функциональная схема АСКУЭ:

УУ - узел управления; УК - узел клиента; УП -
узел передачи; РК - радиоканал; ЛС - линия связи
(опто-волоконная или двухпроводная); УВВ - узел ввода-
выво-да; ИИ - источник информации (датчик); КСГС -
канал связи с городскими службами
При числе абонентов, превышающем несколько сотен
тысяч, в составе системы организуют несколько узлов
управления (УУ), один из которых является центральным
узлом управления системы (центральным диспетчерским
пунктом - ЦДЛ), а остальные - узлами управления фраг-
ментами системы на уровне района (районный диспет-
черский пункт - РДП). Отдельный РДП обслуживает до
150.000 абонентов.

Система имеет средства диагностического контроля
узлов любого уровня с отображением информации о
работе узлов на дисплее компьютера узла управления
(диспетчерского пункта).

Система обеспечивает обработку информации
следующих видов:

1.	Количественной информации о расходовании энер-
гетических ресурсов и воды;

-	съём текущей информации со счётчиков, измерение
текущего времени и автоматический переход на «летнее»
и «зимнее» время, учёт високосного года;

-	управление тарифом двухтарифных и многотариф-
ных счётчиков;

-	передачу измерительной информации по каналам
связи в диспетчерские пункты для её дальнейшего
накопления и анализа;

-	выдачу информятши из диспетчерских пунктов соот-
ветствующим внешним службам учёта в автоматическом
режиме или по их запросу.

2.	Оперативной информятши об аварийных ситуациях
в энергетических сетях у потребителя;

-	съём информятши при помощи соответствующих
датчиков (датчики перегрузки, защитного отключения и
т.д.);
-	автоматическую передачу информации по каналам
связи соответствующим аварийным службам.

3.	Экстренной информации:

- получение информации от сигнальных устройств
(например, охранные системы) и её передача по каналам
связи соответствующим службам (например, милиция,
противопожарная служба, МЧС, прочие экстренные и
аварийные службы).

4.	Сигналов общего и выборочного оповещения
населения (до четырёх различных звуковых сигналов):

-	получение сигналов от соответствующих служб
(например, МЧС, милиция и т.д.) и их доставка по
указанному адресу или группе адресов с получением от
адресата подтверждения о принятии сигнала.

Уровнями системы (в порядке повышения) являются:

-	узел клиента (УК);

-	узел передачи (УП);

-	узел ввода-вывода (УВВ);

-	узел управления (УУ).

Фрагменты системы на низших уровнях (от УК до
УВВ) работают в автоматическом режиме. Районный и
центральный диспетчерские пункты работают в
автоматическом и интерактивном режимах. На низших
уровнях связь между узлами системы осуществляется по
двухпроводным линиям связи (ЛС); на высших уровнях
(от УВВ до РДП и ЦДЛ) - либо по радиоканалу (РК),
либо по проводным или оптоволоконным ЛС.

Программно-аппаратное обеспечение системы со-
держит средства проверки информации на допустимость,
средства самоконтроля, восстановления ииформятпш и
работоспособности после устранения отказов отдельных
узлов и каналов связи, последствий несанкционирован-
ного доступа.
Для повышения надёжности информационного обмена
по радиоканалу используют помехозащищённое кодиро-
вание передаваемой информации, обеспечивающее гаран-
тированное восстановление одиночного байта посылки и
фиксацию потери двух и более байтов. Обмен по РК
производится в режиме с разделением времени.

АСКУЭ предназначена для работы в непрерывном
режиме с периодическим техническим обслуживанием.

Пример выполнения АСКУЭ жилого дома приведён на
рис. 6.3.2.

Основные технические характеристики АСКУЭ:
количество телеметрических	входов для

подключения счётчиков к одному УВВ,.......до 10.000

-	количество входов последовательных интерфейсов
RS-232 (RS-485) для подключения счётчиков к одному
УВВ	2

-	предел допускаемой относительной погрешности
передачи, накопления и перевода числа импульсов,
получаемых от счётчиков, в именованные физические
величины (электрическая и тепловая энергия, количество
холодной и горячей воды, газа), %.............0,05

-	предел допускаемой абсолютной погрешности
считывания и накопления измерительной информации,
получаемой по интерфейсу RS-232 (RS-485) от
счётчиков..................0,5 ед. младшего разряда

-	пределы допускаемых относительных погрешностей
измерительных каналов системы по электрической и
тепловой энергии, холодной и горячей воде, газу
определяются в основном классами точности первичных
измерительных преобразователей - применяемых
счётчиков.
радиоантенна

Рис. 6.3.2. АСКУЭ жилого здания:

ИИ — источники информации (счётчики, датчики, кнопки
вызова и т.д.); УК — узел клиента; УП — узел передачи;

УВВ — узел ввода-вывода; УУ — узел управления; ЛС —
двухпроводная линия связи; РК — радиоканал; КСГС —
каналы связи с городскими службами; N—число узлов на
одной линии связи (N 128)
Информационный обмен по ЛС производится в
полудуплексном режиме со скоростями 2400, 1200, 600
или 300 бод, по РК - на одной частоте в симплексном
режиме со скоростью 1200 бод.

Радиальная радиоструктура системы на высших
уровнях обеспечивает информационный обмен на одной
частоте между 4095 пунктами (Три I, РДП и УВВ).
Дальность уверенной радиосвязи составляет 40 - 60 км
при использовании специальных антенн с круговой
диаграммой направленности и коэффициентом усиления
> 2,5 дБ.

Уровень радиопомех, создаваемых АСКУЭ, не пре-
вышает значений, указанных в нормах ГОСТ 16842-82 и
ГОСТ 29216-91.

Электропитание системы:

-	рабочее напряжение, В	220 ± 22

-	частота, Гц	50+1

-	потребляемая мощность, В-А, не более	100

Габаритные размеры и масса основных узлов АСУЭ:

-	узел ввода-вывода (шкаф), мм	600x600x320

масса, кг, не более	25

-	узел клиента в корпусе, мм	125x70x40

масса, кг	не более 0,3

-	узел передачи в корпусе, мм	125x70x40

масса, кг	не более 0,3

-	узел этажный, мм	218x140x75

масса, кг	не более 0,5

-	модуль связи, мм	275x170x70

Узлы управления предназначены для эксплуатации в
нормальных условиях в соответствии с ГОСТ 22261-94:

-	температура окружающего воздуха, °C 20 ± 5

-	относительная влажность воздуха, %	30-80
-	атмосферное давление, кПа	84 - 106,7

УК, УП и УВВ предназначены для эксплуатации в
условиях, характеризуемых следующими климатичес-
кими воздействиями:

-	температура окружающего воздуха от - 25 до
+ 55 °C

-	относительная влажность воздуха - до 95 % при
темпе-ратуре + 35 °C.

АСКУЭ обеспечивает съём текущих показаний с
однотарифных и многотарифных однофазных и
трехфазных электросчётчиков, водосчётчиков холодной и
горячей воды, теплосчётчиков, газосчётчиков и прочих
счётчиков, имеющих телеметрические выходы для
подключения входных цепей АСКУЭ. При этом система
либо считает телеметрические импульсы с выходных
контактов счётчиков, либо непосредственно принимает
данные по линии связи RS-232/RS-485.

Система обеспечивает управление тарифом много-
тарифных счётчиков, т.е. переключение между «ночной»,
«дневной» и «пиковой» зонами.

АСКУЭ фиксирует и передаёт по радиоканалу
сигналы о следующих чрезвычайных ситуациях (ЧС) и
экстренных вызовах в порядке приоритета (с учётом
возможных жертв и разрушений):

-	землетрясение;

-	пожар;

-	газовая опасность (аварии на газохранилищах, ма-
гистральных и распределительных газопроводах, утечка
газа в жилых и общественных зданиях);

-	наводнение в результате ливней, разлива рек, нару-
шения общегородской канализации;
-	затопление в жилах и общественных зданиях в резу-
льтате прорыва трубопроводов отопления и водоснабже-
ния, выхода из строя канализационной сети;

-	загрязнение окружающей среды в результате аварий
на предприятиях или трубопроводах (размыв или выброс
химических веществ, нефтепродуктов и т.п.);

-	нарушение охранной сигнализации;

-	вызов служб экстренной помощи.

Кроме того, система фиксирует аварийные ситуации в
самой АСКУЭ.

Вероятность передачи ложного сигнала (без
срабатывания датчика сигнала о ЧС или кнопки вызова)
не превышает 0,0001.

Передача сигналов о ЧС осуществляется при
однократном срабатывании датчика или нажатии кнопки
вызова.

Время доставки сигнала соответствующим службам с
вероятностью 0,95 не превышает 1 минуты, а с
вероятностью 0,99 - 2 минут.

Сигналы передаются соответствующей службе по РК
на частоте радиоканала или на другой взаимно
согласованной частоте.

Сигналы об аварийных ситуациях в АСКУЭ (отказ
питания, несанкционированный доступ, выход из строя
узла или линии связи) передаются в РДП или ЦДЛ для
анализа и принятия решения.

Состав системы

Система построена по модульному принципу и содер-
жит ряд функциональных узлов, на базе которых форми-
руется её конкретная структура, зависящая от обслужи-
ваемой территории и расположенных на ней объектов.

Узлы клиента постоянно накапливают информацию о
расходе энергоресурсов и воды, получаемую с выходов
источников информации (счётчиков и датчиков),
периодически передавая её по запросу узла ввода-вывода,
либо напрямую, через узел передачи в УВВ по
двухпроводным линиям связи.

УВВ периодически передаёт информацию,
накопленную в его памяти к моменту запроса от узла
управления, в УУ по радиоканалу или по проводной
линии связи.

Узел клиента

Узел клиента представляет собой электронное
автоматическое устройство. Он размещён в непос-
редственной близости к источникам информации.

УК выполняет функции постоянного сбора
информации от ИИ (датчики, счётчики, кнопки вызова,
расположенные непосредственно у потребителя энер-
горесурсов и воды), её дешифрации, проверки,
предварительной обработки и оперативного хранения до
передачи по ЛС в узел более высокого уровня. УК
осуществляет переключение тарифов двухтарифных и
многотарифных счётчиков, выдаёт сигналы оповещения
населения, посылает сигналы экстренных сообщений,
контролирует целостность линий съёма телеметрии с ИИ
и работоспособность последних.

УК подсоединяют к выходным цепям ИИ
двухпроводными линиями, на каждой из которых может
размещаться до двух ИИ. При этом съём телеметрических
импульсов с одного ИИ производится импульсами одной
полярности, со второго ИИ - импульсами другой
полярности, которые подаются на линию съема из узла
клиента. Общее число внешних линий - пять.

Узлы клиента подсоединяют параллельно к общей
экранированной двухпроводной неполярной линии связи
с автоматическим УВВ или УП. Длина линии связи
(включая отводы к узлам) не должна превышать 1300 м
при использовании витой пары проводов или
коаксиального кабеля. Для не витой пары проводов длина
ЛС должна быть не более 300 м. При необходимости два
УК могут конструктивно объединяться в один «узел
этажный» (УЭ).

Узел передачи

Узел передачи является электронным автоматическим
устройством, которое выполняет функции ретранслятора
-разветвителя при передаче информации из УК в УВВ,
если длина линии связи превышает 1300 м (витая пара
или коаксиальный кабель) или 300 м (для обычной пары
проводов).

УП осуществляет приём, сохранение в буферной
памяти и передачу информации по запросу УВВ,
организует работу каналов связи, выполняет функции
диспетчера сообщений между одной «высшей» и от двух
до четырех «низших» линий связи, контролирует
работоспособность подчинённых узлов и каналов связи.

В зависимости от конкретных условий применения
один УП может конструктивно объединяться с одним УК
или УП (и при необходимости с модулем питания - МП)
в один модуль связи (МС).

Узел ввода-вывода

Узел ввода-вывода служит для оперативного
управления и контроля фрагментов АСКУЭ,
обслуживающих объект или группу объектов,
объединённых территориально. Он может обслуживать до
10.000 УК с максимальной длиной проводных линий
связи от УК и УП до УВВ - 300 м.

УВВ инициирует информационный обмен в
подключённом фрагменте системы, собирает, накапли-
вает, обрабатывает, хранит и передаёт информацию по
каналам связи в УУ и заинтересованным службам с
соблюдением приоритета, конфиденциальности и
адресности. УВВ получает информацию и команды от
УУ, исполняет или направляет их по указанным адресам
(УК или УП). УВВ проводит диагностику функцио-
нирования подчинённых узлов и каналов связи и передаёт
результаты в УУ.

Для связи с подчинёнными узлами УВВ может
использовать до шести линий (радио или проводных). Для
связи с УУ используют радиоканал или проводную
линию.

На этапе пуско-наладочных работ УВВ используют в
качестве управляющего узла для смонтированного
фрагмента системы.

При обслуживании удалённых фрагментов системы,
когда использование каналов связи для передачи
информации нерентабельно, УВВ производит только
съём информации с фрагмента. При необходимости
передачи информации в УУ можно использовать
мобильный УВВ.

Мобильный УВВ представляет собой портативный
персональный компьютер, подсоединённый через адаптер
к проводной линии связи. Адаптер содержит один
приёмо-передатчик и конструктивно выполнен в виде
разъёма, устанавливаемого на параллельный порт
компьютера.

Узел управления

Узел управления является командным узлом АСКУЭ,
осуществляющим общее управление системой, контроль
её работоспособности, инициирование информационных
объёмов в системе, информационное взаимодействие с
потребителями информации.

Узел управления осуществляет передачу, приём и
обработку сообщений по проводным линиям связи и
радиоканалу. УУ инициирует информационный обмен в
системе, получает, анализирует и накапливает инфор-
мацию для её последующей передачи потребителям.

Структурная схема УУ приведена на рис. 6.3.3.

Каналы

Рис. 6.3.3. Узел управления АСКУЭ

В состав узла управления входят:

-	узел ввода-вывода для связи с подчинёнными
узлами системы;

-	компьютер, выполняющий функции командного
терминала оператора и накопителя информации;

-	источник бесперебойного питания от сети 220 В;

-	каналы связи с потребителем информации.

В качестве контроллера применяют персональный
компьютер с параметрами не ниже:

-	процессор Intel Pentium 100 МГц;

-	оперативная память 16 Мб;

-	накопитель на жестком диске (винчестер) 1 Гб;

-	параллельный, последовательный порты, модемы и
т.п,, в зависимости от каналов связи с потребителями
информации.

Компьютер используют для выполнения функций:

-	получения информации от подчинённых узлов
системы, ее обработки и передачи потребителям;

-	передачи в подчинённые узлы системы сигналов
точного времени;

-	контроля над состоянием узлов и каналов связи
системы;

-	управления системой в экстренных ситуациях по
инициативе оператора или соответствующих служб.

Стационарный узел ввода-вывода обеспечивает связь
компьютера с подчинёнными узлами системы по
радиоканалу и проводным линиям связи.

Компьютер подключают к проводной линии УВВ для
связи с УУ через адаптер линии.

Источник бесперебойного питания осуществияет
питание узла ввода-вывода и компьютера от внешней
сети напряжением 220 В.

Программное обеспечение компьютера УВВ включает
в себя документ МНРК.424358.001 И5 «Монитор.
Руководство оператора» и прикладное программное
обеспечение для ведения баз данных, отображения и
представления информации потребителям.

Каналы связи

В качестве основных каналов связи в АСКУЭ
используют проводные неполярные линии и
радиоканалы. Проводные линии, как правило, применяют
242
на нижних уровнях системы для связи узлов клиента с
автоматическими стационарными узлами ввода-вывода.
Радиоканалы используют на верхних уровнях для связи
стационарных УВВ и УУ (районных диспетчерских
пунктов и центрального диспетчерского пункта).

Для связи с потребителями информации допол-
нительно могут быть использованы другие каналы связи
и передачи данных, в том числе, коммутируемые
телефонные линии связи, оптоволоконные ЛС и т.п.

Проводные линии связи

На нижних уровнях системы в основном используют
экранированные неполярные двухпроводные линии связи.
Физические параметры линии соответствуют специфи-
кациям RS-485 или RS-422.

Для снижения требований к качеству линии связи (тип
провода, разветвлённость, согласованность) скорость
информационного обмена ограничена 2400 бод.

Отдельная проводная линия может объединять до 128
узлов (УП и УК). Один из узлов (УВВ или УП) является
командным. Командный узел подключают к началу
линии, прочие узлы - параллельно на протяжении линии.
На конце линии устанавливают согласующий резистор
120 Ом мощностью 0,5 Вт (согласующий резистор начала
линии конструктивно размещён в командном узле).

Линия представляет собой даужильный кабель или
провод с сопротивлением не более 190 Ом/км и ёмкостью
не более 0,1 мкФ/км. При использовании «витой пары»
максимальная длина линии составляет 1,3 км. При
большой разветвлённости суммарная длина линии
снижается до 300 - 500 м, в зависимости от применяемого

провода.

Допускается до пяти уровней ретрансляции с
помощью УП (по согласованию с разработчиком число
уровней ретрансляции может быть увеличено).

Радиоканал.

В настоящей версии системы используется пакетная
радиосвязь на одной частоте в симплексном режиме со
скоростью 1200 бит/с.

Физические параметры обмена соответствуют
спецификации Bell 202 (основной протокол) и ССТГ V.23
(дополнительный протокол).

Отдельная радиосеть может объединять до 4.095 узлов
(УВВ, РДП, ЦДЛ).

Дополнительные радиосети могут быть созданы по
инициативе заинтересованных служб для выполнения
конкретных задач на частотах, выделенных службами.

6.4.	АСни каталитического реактора

НПО «Химавтоматика» и НИФХИ им. Л.Я. Карпова
при участии МГУИЭ была разработана АСНИ
каталитического реактора, которая предназначена для
создания технологий промышленных гетерогевно-
каталитических процессов с использованием сочетания
вычислительного и натурного эксперимента, а также
математического моделирования каталитических процес-
сов и реакторов.

АСНИ выполняет следующие основные функции:

-	проведение натурных экспериментов по определе-
нию скорости каталитического превращения;

-	автоматическое управление процессом измерений по
заданному сценарию;

-	автоматизированная первичная обработка результа-
тов измерений;

-	построение кинетических моделей стационарного
протекания реакции;
-	планирование дополнительных измерений для уточ-
нения значений параметров моделей;

-	математическое моделирование каталитических про-
цессов и реакторов.

АСНИ каталитического реактора (КР) имеет
следующие технические характеристики:

-	тип изучаемой реакции -

парофазная гетерогенно-каталитическая

-	размер зерна катализатора, мм	0,25 - 6,0

-	количество катализатора, мл	5-50

-	тип реактора -	проточно-циркуляционный

-	ограничения на состав реакционной смеси:

точка росы, °C, не более	120

-	отсутствие веществ, взаимодействующих с фтороплас-
том Ф4 и нержавеющей сталью 12X18Н9Т

-	температура реакции, °C	100 - 600

-	давление реакционной смеси, атм, не более	4

-	число сырьевых потоков:

газообразных	1-4

жидкостных	1

-	диапазон расхода сырьевых потоков:

газообразных, л/час

суммарный	5 - 240

по каждому каналу	5-60

жидкостных, мл/час	1 - 100

АСНИ каталитического реактора состоит из экспе-
риментального стенда, универсальной подсистемы

химико-аналитического контроля и вычислительно-
управляющего комплекса.

Принципиальная схема АСНИ представлена на
рис. 6.4.1, а на рис. 6.4.2 - общий вид АСНИ КР,
эксплуатируемой на кафедре МАСК МГУИЭ. На ней
толстыми линиями показаны потоки реагирующих
веществ и воздуха как рабочего тела пневматического
управления и газов-носителей хроматографов, а тонкими
- каналы передачи информации и управления (F - мате-
риальные потоки, Р - давление, Т - температура, ~ - ка-
нал управления).

Экспериментальный стенд

Подача газообразных реагентов в систему
осуществляется по 4 каналам. На вход каждого из них
подаётся газ под давлением до 6 - 8 атм. В блоках
подготовки газов БПГ-1 ... БПГ—4 давление газа стаби-
лизируется на заданном уровне (1,4 - 4,0 атм). Под этим
давлением газовые потоки поступают на вход

Рис. 6.4.2. Общий вид АСНИ КР:

1 — блок управления; 2 - контроллер; 3 - воздушный тер-
мостат; 4 — каталитический реактор; 5 - хроматограф
«Цвет-800»; 6 - хроматограф «Цвет-550»; 7 -терминал
экспериментального стенда; 8 — сервер-вычислитель
регуляторов расхода газов (РРГ1 - РРГ4), где измеряются
величина потока газа (калориметрическим методом),
температура и давление. Эти величины поступают в
контроллер, который вычисляет величину потока с
учётом его температуры и давления, сравнивает её с
заданной и вырабатывает сигнал управления для
исполнительных механизмов типа сопло-заслонка.

Сформированные таким образом заданные газовые
потоки после смешения поступают на вход испарителя. В
него поступает также поток жидкости, создаваемый
беспульсационным двухплунжерным насосом-дозатором
жидкости. Величина этого потока задаётся контроллером.
Температура в испарителе измеряется термометром соп-

ротивления и поддерживается электрическим наг-
ревателем Н1, управляемым контроллером по ПИД
закону.

Полученная в испарителе паро-газовая смесь пос-
тупает на двухпозиционный клапан КПЗ, ком-
мутирующий потоки исходной смеси и продуктов
реакции через контур проточно-циркуляционного
реактора и краны-пробоотборники хроматографов. При
любом положении крана продукты реакции поступают на
регулятор давления «до себя», поддерживающий заданное
давление в системе. В положении 1 (показано на схеме)
поток исходных веществ поступает в циркуляционный
контур на вход насоса (ЦН), а поток продуктов реакции с
выхода насоса ЦН направляется на краны-про-
боотборники КП1 и КП2. В этом положении проводят
анализ состава продуктов реакции. В положении 2
осуществляют анализ состава исходной смеси реагентов
без нарушения режима работы реактора. В этом случае
исходная смесь проходит сначала через краны-
пробоотборннки, а затем поступает в циркуляционный
контур. Переключения крана ЕПЗ осуществляются
пневмоприводом, управляемым ВУК через универ-
сальную плату ввода-вывода (У11ВВ) и блок
электропневмореле (Б2-БУ). Сведения о текущем
положении крана поступают в ВУК по каналу дискретных
входов У11ВВ.

Циркуляционный контур состоит из реактора и
циркуляционного насоса ЦН. Выход реактора соединён
со входом циркуляционного насоса, а вход реактора - с
выходом насоса.

В реакторе размещается образец катализатора
объёмом от 5 до 50 мл. Реактор снабжён электро-
нагревателем Н2, управляемым контроллером по ПИД
закону по сигналу термометра сопротивления,
размещённого в непосредственной близости от
нагревательного элемента. Температура в слое
катализатора контролируется термопарой, сигнал от
которой поступает в вычислительно-управляющий
комплекс (ВУК) через УППВ и измерительный усилитель
У 111-М (на схеме не показан), выполняющий также
функцию нуль-термостата холодных спаев. Поступающая
на слой катализатора реакционная семь предварительно
подогревается до температуры реакции в змеевиковом
теплообменнике, выполненном в стенках реактора.

Циркуляция реакционной смеси в контуре
обеспечивается двухкамерным мембранным циркуля-
ционным насосом три типа ПМП-3-1575 с пнев-
матическим приводом. Пневматические колебания
создаются генератором ГПК. Производительность насоса
составляет 1050м3/час.

Пробоотборные краны КП1 и КП2 с пневматическим
приводом, управляемым ВУК через блок электро-
пневмореле Б2-БУ, обеспечивают отбор проб из потоков
исходной смеси или продуктов реакции (в зависимости от
положения крана КПЗ) для хроматографического анализа.
Они соединены с хроматографами линиями ОЛ1 и ОЛ2,
обогреваемыми нагревателями НЗ и Н4. Температура
линий регулируется контроллером.

В АСИИ предусмотрен газохроматографический
анализ продуктов в режиме реального времени. С этой
целью в неё включены хроматографы «Цвет-800» и
«Цвет-550», входящие в состав универсальной
подсистемы «Химико-аналитический контроль». Они
образуют единую многоколоночную многодетекторную
газохроматографическую систему, управление работой
которой осуществляется встроенным специализирован-
ным контроллером, связанным по каналу RS—232 с
терминалом экспериментального стенда. В последнем
установлена программа для управления и обработки
данных.

Хроматограф «Цвет-800» оснащён пламенно-
ионизационным и пламенно-фотометрическим детекто-
рами и метанатором (устройством, прекращающим СО и
СО2 пробы в метан, что позволяет анализировать их
малые концентрации), а хроматограф «Цвет-550» -
детекторами теплопроводности и пламенно-иони-
зационным детектором. Хроматографы укомплектованы
хроматографическими колонками для анализа
постоянных газов (азот, кислород, СО, метан), спиртов и
простых эфиров, а также колонкой для анализа малых
концентраций СО и СО2 в водороде методом реакционной
газовой хроматографии.

Реактор, циркуляционный насос и краны коммутации
потоков и пробоотбора размещены в воздушном
термостате, оснащённом электронагревателем Н5. Тем-
пература в термостате поддерживается на заданном
уровне (до 150 °C) контроллером.

Вычислительно-управляющий комплекс

Вычислительно-управляющий комплекс АСНИ
представляет собой локальную сеть из двух ПЭВМ класса
Pentium 4 и специализированного контроллера (СК). Одна
из ПЭВМ используется как терминал экспериментального
стенда (ТЭС). Она оснащена УПВВ марки PCI-1710L-A и
связана интерфейсом RS-232 с контроллером и хро-
матографами. Вторая ПЭВМ выполняет функции
вычислителя для решения прямых и обратных задач
математического моделирования.

Специализированный контроллер осуществляет под-
держание режимных параметров процесса. Требуемые
параметры задаются через ТЭС по каналу RS-232. К
числу задаваемых параметров относятся значения
величин четырёх газовых и одного жидкостного потока, а
также шести температур в объектах экспериментального
стенда. Таким образом, в СК реализовано 11 контуров
автоматического регулирования.

Универсальная ллата ввода-вывода установлена на
PCI-слоте ТЭС. Она содержит АЦП (12 бит, 100 кГц), 16
аналоговых входов с поканально программируемыми
коэффициентами усиления, 16 дискретных входов и 16
дискретных выходов в стандарте ТТЛ, буфер FIFO на 4 К
значений. Она также обеспечивает автоматическое
сканирование каналов. УПВВ осуществляет оперативный
приём сигналов от датчиков и выдачу сигналов
управления исполнительным механизмам, т.е. функции
сбора информации о состоянии объекта исследования и
управления во времени по заданному экспериментатором
сценарию опыта. Из 48 каналов обмена, предоставляемых
платой, в заданной конфигурации задействован только
один аналоговый вход, 6 дискретных входов и 2 дискрет-
ных выхода.

Вычислительно-управляющий комплекс является
проектно-компонируемой системой, конкретная конфи-
гурация которой определяется числом и характером
датчиков и исполнительных механизмов эксперименталь-
ного стенда.

Наличие на материнской плате ТЭС трёх свободных
PCI-слотов позволяет при необходимости укомплектовать
ВУК дополнительными платами расширения. Далее
приведены основные технические характеристики плат
ввода-вывода, рекомендуемых для расширения.

PCI-1710	PCI-1723	PCI-1721

Аналоговые входы	16	-	-

Аналоговые выходы	2	8	4

Дискретные входы	16	8	8

Дискретные выходы	16	8	8

Дополнительная установка плат PCI-1710, PCI-1723 и
PCI-1721 позволит обеспечить одновременное функ-
ционирование 144 каналов обмена, в том числе: 32
аналоговых входов, 16 аналоговых выходов, 48
дискретных входов и 48 дискретных выходов. В это число
не включены возможности обмена по двум каналам
RS- 232.

Программное обеспечение АСНИ содержит банки
физико-химических свойств веществ и кинетических
моделей каталитических реакций и комплекс программ,
предоставляющих пользователю следующие основные
услуги, обеспечивающие выполнение работ от
лабораторного исследования до подготовки исходных
данных на проектирование промышленного реактора:

-	составление описаний экспериментального стенда,
изучаемой реакции и методики исследований;

-	составление сценария эксперимента;

-	автоматическое выполнение сценария эксперимента
в реальном масштабе времени;

-	протоколирование результатов эксперимента;

-	программирование кинетической модели реакции;

-	оценивание параметров кинетической модели ста-
ционарного протекания реакции по экспериментальным
данным, полученным в безградиентном реакторе, и их
доверительные интервалы;

-	планирование наиболее информативных условий из-
мерения для уточнения значений параметров кинетичес-
кой модели;

-	расчёты процесса в промышленных ректорах с не-
подвижным или кипящим слоем катализатора и с
различными типами теплообмена.

Программное обеспечение выполнено в виде пакета
прикладных программ с единым главным меню,
позволяющим обратиться к исполнению любой из
предоставляемых услуг.

Подсистема «Химико-аналитический контроль»

Подсистема «Химико-аналитический контроль»
(ХАК) выступает в двояком качестве. С одной стороны
она является составной специализированной частью
любой химико-технологической или инженерно-
экологической АСНИ, выполняя в ней все необходимые
химико-аналнтнческие измерения (предпочтительно в
реальном масштабе времени, что, к сожалению, не всегда
возможно). С другой стороны она обладает более
широкими возможностями, являясь, по сути дела,
достаточно универсальной автоматизированной химико-
аналитической лабораторией, способной обеспечить
решение комплекса задач экоаналитических измерений.
Поэтому её можно рассматривать также и как
самостоятельную химико-аналитическую АСНИ,
отдельные составные части которой выступают в роли
подсистем других АСНИ.

В рассматриваемой АСНИ подсистема ХАК
использует газохроматографический, ионохроматогра-
фический и флуориметрический химико-аналитические
комплексы. Она предназначена для проведения
измерений содержания:

-	органических соединений, основных и кислых
неорганических газов, металлов в газовых средах;

-	органических соединений, анионов и катионов в
жидких средах;

-	органических и неорганических компонентов в
твёрдых телах.

Комплекс двух газовых хроматографов, используемых
в АСНИ, описан выше. Для решения остальных задач
использован газохроматографический комплекс на основе
хроматографа «Яуза-100». Комплекс оснащён интеллек-
туальным программным обеспечением не только для
выполнения рутинных анализов по известным методикам,
но и для идентификации неизвестных веществ, подбора
хроматографических колонок и режимов, т.е. для
создания методик, что имеет важное значение для
адаптации АСНИ к новым конкретным задачам.

Ионохроматографические комплексы представляют
собой одно из главных звеньев экоаналитических техно-
логий - многоцелевую методологию анализов (см. 6.5).
Ионохроматографический комплекс «Цвет-Яуза-02»
предназначен для измерения содержания различных
неорганических веществ в воздухе (газовых выбросов в
рабочей зоне и атмосфере), в почве и донных отложениях.

Флуориметрический комплекс имеет чрезвычайно
широкую сферу применения в экологическом контроле и
мониторинге.

Поскольку этот комплекс используют для решения
различных экоаналитических задач, схема его
функционирования может быть представлена только в
общем виде.

Анализ водных проб может быть осуществлён тремя
методами: экстракционным концентрированием, приме-
няемым в основном для определения органических
веществ и тяжёлых металлов, использованием твёрдо-
тельных чувствительных элементов, например, на основе
пенополиуретанов, и проведением прямой реакции с
аналитическим реагентом при достаточно высоких
концентрациях определяемых экозагрязнителей.

Воздушные пробы анализируют двумя методами:
подачей пробы аспиратором непосредственно на
чувствительные элементы и поглощением определяемого
экозагрязнителя жидким поглотителем с последующей
экстракцией и аналитической реакцией.

Почвы и донные отложения анализируют также двумя
методами в зависимости от типа экозагрязнителя.
Неорганические вещества извлекают из пробы водными,
водно-кислотными или водно-основными вытяжками, а
органические вещества экстрагируют из проб
соответствующими растворителями. Растворители вы-
бирают в зависимости от способа анализа, при этом
спектры поглощения и люминесценции не должны
накладываться на спектры определяемых веществ
6.5. Многоцелевой компьютеризированный
хроматографический комплекс
«ИНЛАН-ГХ»

С середины 90-х годов прошлого века на смену
совокупности средств измерений для проведения всё
усложняющихся химико-аналитических измерений стали
приходить химико-аналитические комплексы (ХАК).

Химико-аналитический комплекс - это сертифициро-
ванная совокупность материальной (средства измерений,
вычислительная техника, стандартные образцы, вспомога-
тельное оборудование и т.п.) и интеллектуальной (мето-
дики, программный продукт, эргономика) составляющих
химического анализа, обеспечивающая функционирова-
ние лаборатории в области аккредитации.

В соответствии с этим определением ХАК
комплектуют не только интеллектуальной составляю-
щей, но и материальной - в виде собственно аналитичес-
кого прибора и вспомогательного оборудования:
автоматических пробоотборников, пробопреобразовате-
лей (см. 2.2), автосамплеров (авто... и англ, sampler -
модель), а также расходных материалов, необходимых
для практической работы по методикам выполнения
измерений, входящим в состав комплекса: государст-
венные стандартные образцы, градуировочные стандарты,
реактивы и т.п.

Главное технологическое преимущество комплексов -
их многоцелевая функция, т.е. способность работать с
пробами любого агрегатного состояния. Типовая
технологическая линия ХАК представлена на рис. 6.5.1.
Из неё следует, что в состав комплекса входят
автоматически пробоотборники и устройства, количест-
венно переводящие пробы из одного агрегатного
состояния в другое. При этом преобразование часто
совмещается с концентрированием.

Рис. 6.5.1. Типовая технологическая линия ХАК

Кроме комплекта пробоотборных, пробопреобразую-
щих и концентрирующих устройств, в состав комплекса
входит автосамплер, т.е. автомат типа лабораторного
робота, который вводит преобразованную пробу или
градуировочный стандарт в прибор.

Таким образом, ХАК как производственный элемент
представляет собой законченную информационную
измерительную систему.

Хроматографические комплексы представляют собой
реализацию одной из главных идей экоаналитических
технологий - многоцелевую методологию анализов.
Газохроматографический комплекс предназначен для

измерения содержания различных веществ в воздухе
(организованных газовых выбросах, рабочей зоне и
атмосфере), в водных средах (природных, сточных и
питьевых водах), в почве и донных отложениях.

Функциональная структура газохроматографического
комплекса «ИНЛАН-ГХ» представлена на рис. 6.5.2.

К хроматографу подходят четыре технологические
линии пробоподготовки. Линия I - газовая, от концент-
рирующего патрона, в ней могут быть представлены все
виды проб, для которых необходимо многократное
концентрирование. Линия П - тоже газовая, так как пре-
образователь жидкость - газ для водных проб пред-
ставляет собой или устройство равновесного пара или,
что более современно, хромато-мембранную систему.
Линия Ш - чисто жидкостная, так как экстрагент вво-
дится непосредственно в хроматограф. Линия IV - тоже
жидкостная.

В состав газохроматографического комплекса
«ИНЛАН-ГХ», разработанного в ОАО «Химавтоматика»,

входят.

1.	Газовый хроматограф «Яуза-100»:
- пламенно-ионизационный детектор;

-	термостат колонки;

-	термодесорбер;

-	дозатор равновесного пара;
Рис. 6.5.2. Структура газохроматического комплекса «ИНЛАН-ГХ»
-	дозатор автоматический жидкостной с объёмом вво-
димых проб от 0,5 до 5 мкл;

-	кран-дозатор (объём сменных доз 0,25; 0,5; 1 и 2 мл).

2.	Модули хроматографического разделения:

-	насадочные колонки (металлические и стеклянные);

-	капиллярная колонка.

3.	Модули концентрирования:

- металлическая или стеклянная трубка с сорбентом
«Карбохром», обеспечивающая концентрирование орга-
нических соединений с числом атомов углерода в мо-
лекуле 5 - 9, с температурой термосорбции 100 - 300 °C -
5 штук.

4.	Переносное пробоотборное устройство (аспиратор):

-диапазон расхода (с шагом 0,1), л/мин 0,1 -1,5

-	сопротивление поглотителя, кПа	до 20

-	время отбора пробы, мин	2-99

-	масса, кг, не более	4,0

-	питание, В	220, = 12

-	габаритные размеры, мм	325x116x210

5.	Хромато-мембранная система, предназначенная для
выделения летучих компонентов из потока водной пробы
в поток газа-экстрагеита (ячейка с биопористой матрицей
и насос):

-	давление водной пробы и газа

на входе ячейки, МПа	0,01

-	расход пробы через ячейку, см3/мин, не менее 5

6.	Генератор водорода:

-	производительность, л/ч, не менее	9

-	давление водорода на выходе, МПа	0,14

-	продолжительность работы с одной
заправкой (1000 см3 дистиллированной

воды), час, не менее	120
7.	Микрошприцы:

—	типа МШ—1 (1 мкл)	8 шт.

—	типа МШ—10 (10 мкл)	4 шт.

8.	Программно-математическое обеспечение:

—	автоматизации градуировки и количественного
анализа;

—	индивидуальной идентификации компонентов
анализи-руемой пробы (определение претендентов из
числа веществ, входящих в банк данных по органическим
загрязнителям. В банке данных имеется информация о
269 загрязнителях);

—	функционально-групповой идентификации
компонен-тов пробы;

-	выбора условий газохроматографического анализа
про-бы известного состава.

9.	Персональный компьютер с сетевой платой, 17-
дюймо-вым монитором и струйным принтером.

10.	Комплект методик анализа органических
загрязните-лей (растворителей) в воздухе и воде.

Методическое обеспечение

Данная система располагает информационным
массивом индексов Ковача приоритетных органических
экозагрязнителей на семи газохроматографических
колонках различной полярности, включающим 269
загрязнителей.

На первом этапе программа идентификации позволяет
с достаточной достоверностью установить мешающие
фоновые вещества или до индивидуального химического
соединения, или на уровне функционально-групповой
принадлежности, например, альдегид, кетон, аро-
матический углеводород и т.п. На втором этапе система
«КХС ИНЛАН» из режима чтения хроматограммы с
целью идентификации переводится в режим про-
ектирования методики выполнения измерений. При этом
идентифицированные фоновые компоненты наряду с
определяемыми включаются в задачу поиска условий
разделения. На третьем этапе в хроматограф уста-
навливают рекомендованную разделительную систему из
последовательных или параллельно включённых колонок
и снимают хроматограммы.

Программное обеспечение

Газохроматографическая система «KXC-INLAN-WIN
1.1» (далее КХС) - это программный продукт экспертного
уровня, обеспечивающий требуемое качество хромато-
графического анализа.

КХС предназначена для автоматизации процесса
хроматографического анализа и интеллектуальной
поддержки пользователя газохроматографического
комплекса при проведении анализов и решении научно-
исследовательских задач. Она адаптирована для работы с
газовым хроматографом «Цвет-500» («Яуза-100») при
использовании блока управления сигналом БУС-01; 02.

КХС применяют для выполнения следующих
функций:

-	градуировки хроматографа, получения и хранения
хроматограмм, обработки хроматограмм с расчётом
концентраций определяемых компонентов и выдачей
протокола анализа при работе по газохроматогра-
фическим методикам, включённым в комплект поставки
комплекса «ИНЛАН-ГХ»;

-	получения, хранения и обработки хроматограмм с
идентификацией хроматографических пиков;

-	оптимизации условий хроматографического анализа.

КХС включает в себя:

-	пакет программ, предназначенный для работы в
операционной системе WINDOWS 95, обеспечивающий
перечисленные ниже функции, содержит дружественный
интерфейс, систему справок и подсказок;

-	программу установки системы на диск персональ-
ного компьютера в нужной модификации;

-	базу данных «Банк химико-аналитических данных»;

-	детектор ионизации пламени;

-	детектор теплопроводности;

-	детектор пламенно-фотометрический;

-	детектор фотоионизационный;

-	детектор электронозахватный.

Функциями КХС являются:

1.	Управление средствами автоматизации
хроматографического анализа пробы, что включает в
себя:

-	диагностику аппаратуры;

-	установку, редактирование и контроль температур-
ных режимов хроматографа;

-	регистрацию хроматограммы на жёсткий диск;

-	проведение первичной обработки хроматограммы -
получение времён удержания, площадей и высот пиков
компонентов смеси, их индексов Ковача;

-	осуществление рутинного анализа пробы, т.е. опре-
деление названий веществ, их времён удержания,
площадей и высот пиков, а также концентрации и
погрешностей определения;

-	проведение градуировки контрольной смеси веществ
с расчётом метрологических характеристик;

-	проведение операции сглаживания хроматограммы и
удаления выбросов;

-	обработку хроматограммы как сетки н-алканов с
последующей корректировкой соответствующих данных
банка.

2.	Оценка достоверности расчётной информации.
3.	Проектирование методик; расчёт оптимальных
условий газохроматографического разделения и
детектирования и банка химико-аналитических данных.

4.	Моделирование методик. Прогнозирование хромато-
графического поведения произвольной смеси компонен-
тов из банка химико-аналитических данных на модулях
разделения.

5.	Индивидуальная идентификация органических
веществ в смеси неизвестного состава с одновременным
использованием от одного до двух модулей разделения.

6.	Функционально-групповой анализ - определение
клас-са соединения, индекс которого получен при
проведении первичной обработки хроматограмм. Он
проводится при проверке точности индивидуальной
идентификации или в качестве альтернативы
индивидуальной идентификации, когда данные на это
вещество в банке отсутствуют; используют два модуля
уровня.

7.	Редактирование информации, хранимой в банке хи-
мико-аналитических данных, в частности по индексу
Ковача, коэффициентам относительной чувствительнос-
ти, стандартным веществам, эффективностям модулей
разделения, сеткам н-алканов, методикам измерения.

8.	Ведение автоматизированного лабораторного
журнала проб и анализов с возможностью перенесения
этих данных в банк данных. Оформление отчётных
материалов (печать графиков, хроматограмм и таблиц
результатов).

Банк химико-аналитических данных содержит
несколько разделов информации:

- таблицу «Свойства веществ», включающую в себя
информацию о названии вещества, функционально-
групповой признак, молекулярную массу и брутго-
формулу;

-	таблицу «Индексы удерживания веществ», включаю-
щую информацию об индексах Ковача органических
веществ для набора модулей разделения при разных
температурах;

-	таблицу «Коэффициенты относительной чувстви-
тельности веществ», включающую информацию об
индексах Ковача органических веществ для набора
модулей детектирования;

-	таблицу «ПДК» с массивом данных значений ПДК
для различных техногенных объектов;

-	таблицу «Сетки индексов н-алканов», включающую
информацию о временах удерживания н-алканов на
различных модулях разделения при разных температурах;

-	таблицу «Методики определения», включающую в
себя информацию об абсолютных градуировках веществ
и их идентификационных признаках в реальных пробах
для различных техногенных объектов.

Максимальное количество информационных массивов
для модулей разделения, которое можно заполнить
информацией и использовать, - 15, а для температур - 5.
Максимальное количество информационных массивов
для модулей детектирования - 6. Максимальное коли-
чество веществ в банке данных принципиально не
ограничено.

Кроме того, разработаны и серийно выпускаются
следующие хнмико-аналитические комплексы.

Ионохроматографический комплекс «ИНЛАН-ИХ» на
базе хроматографа «Цвет-Яуза-02», который предназна-
чен для измерения содержания различных неоргани-
ческих веществ в воздухе (газовых выбросов в рабочей
зоне и атмосфере), в почве и донных отложениях.
Спектрофотометрический комплекс «ИНЛАН-СФ» на
основе анализатора жидкости «Флюорат-02-ЗМ» имеет
чрезвычайно широкую сферу применения в
экологическом контроле и мониторинге. Сам «Флюорат-
02-ЗМ» может работать в четырёх режимах: фотометрии,
люминесценции, фосфоресценции и флуоресценции.

Ренттенофлуоресцентный комплекс «ИНЛАН-РФ» на
базе рентгенофлуоресцентного анализатора «Призма»
предназначен для определения концентрации тяжёлых
металлов в воздухе, воде и почве. В результате облучения
вещества рентгеновскими лучами получают рентгено-
флуоресцентный спектр многокомпонентной смеси
элементов. Положение спектральных линий однозначно
характеризует каждый из определяемых элементов, а
амплитуда линий через градуировочную зависимость
позволяет рассчитать концентрацию каждого из них.

На рис. 6.5.3 показан инженерно-экологический
комплекс, созданный на кафедре МАСК МГУИЭ, с
химико-аналитическими комплексами «ИНЛАН-СФ»,
«ИНЛАН-ИХ», «ИНЛАН-ГХ» и «ИНЛАН-РФ» и другими
анализаторами.
Рис. 6.5.3. Инженерно—экологический комплекс:

1 -анализатор ртути РА-915; 2 - спектрофотометричес-
кий комплекс «ИНЛАН—СФ» на базе анализатора жид-
кости «Флюорат-02-ЗМ»; 3 - кулонометрический титра-
тор; 4 — ионохроматографический комплекс «ИНЛАН-
ИХ»; 5 — фотоколориметр КФК-ЗМ; 6 - газохроматогра-
фический комплекс «ИНЛАН-ГХ»; 7 - рентгенофлуо-
ресцентный комплекс «ИНЛАН-РФ»
6.6.	Система контроля содержания хлора в рабочей
зоне промышленных предприятий

Хлор (С1, от греч. хплороо - жёлто-зелёный,
химический элемент VII группы периодической системы,
атомный номер 17, атомная масса 35,453, относится к
галогенам. Химически очень активен, окислитель.
Применяют в производстве хлорсодержащих органи-
ческих соединений (60 - 75 %), неорганических веществ
(10 - 20 %), для отбелки целлюлозы и тканей (5 - 15 %),
для санитарных нужд и обеззараживания (хлорирования)
воды, токсичен, является одним из наиболее широко
распространённых среди применяемых в производстве
сильно действующих ядовитых веществ (СДЯВ).
Мировое производство превысило 35 млн тонн в год.
Потребители хлора расположены часто в черте крупных
населённых пунктов. При этом хлор является одним из
сильнейших отравляющих веществ (достаточно
вспомнить, что это было первое отравляющее вещество,
применённое против человека в военных действиях).
Предельно допустимая концентрация содержания хлора в
воздухе (ПДК) составляет 1 мг/м3. Наиболее опасны
выливы жидкого хлора, так как 1 л сжиженного газа
образует до 400 л воздушной смеси смертельно опасной
концентрации. Острое отравление парами хлора
сказывается мгновенно, а выздоровление происходит
долго, часто сопровождается тяжёлыми осложнениями.
Опасен хлор и в малых концентрациях при длительном
воздействии, вызывая хронические заболевания.

В ОАО ГосНИИХлорпроект была разработана система
контроля содержания хлора в воздухе промышленных
предприятий. Её основным элементом являются
первичные измерительные преобразователи, которые
выполнены в виде таблетки, состоящей из
плоскопараллельных электродов (индикаторный и
вспомогательный), разделённых слоем протонпроводя-
щего электролита. Электроды изготовлены из
активированного порошка титана. Индикаторный и
вспомогательный электроды образуют симметричную
электрохимическую систему. В отсутствие хлора в
воздухе эдс в НИИ равна нулю. Воздействие хлора на
индикаторный электрод смещает его потенциал в
положительную сторону, вызывая перемещение
электронов во внешней цепи от вспомогательного
электрода к индикаторному, а в слое твёрдого
электролита - миграцию протонов к индикаторному
электроду. В результате хлор восстанавливается в виде
хлорводорода и удаляется в атмосферу. На
вспомогательном электроде в этих условиях протекает
реакция в направлении образования протонов, кислорода
и генерации электронов.

Разработанные две модификации электрохимических
газоанализаторов хлора в воздухе промышленной зоны -
1111X1 и 1111X2 имеют следующие характеристики
(табл. 6.6.1).

Анализируемая газовая смесь может содержать такие
неизмеряемые компоненты, как СО, СО2, H2S, SO2, NO,
(NO)x> NH3, паров органики и хлорорганики в пределах 1
ПДК рабочей зоны по каждому компоненту.

Габариты газоанализаторов 1111Х равны 0 134x72 мм,
масса - не более 1,5 кг. Благодаря встроенной системе
автоматического тестирования характеристик газоанали-
затора межповерочный интервал приборов при непрерыв-
ной работе составляет 1 год и определяется в основном
ресурсом электрохимического ПИП.
Таблица 6.6.1

Технические характеристики ППХ1 и 1111X2

Технические характеристики	ППХ1	ППХ2
Диапазон измерений, мг/м3 Выходной сигнал, мА  Предел основной относительной погрешности 8, %  Динамические характеристики: _ То,63, с  - То,90, С  Дополнительные погрешности: - от изменения температуры ок- ружающей среды в диапазоне от - 30 °C до 0 °C на каждые 10 °C - от изменения относительной влажности воздуха в диапазоне 80 - 95 % на каждые 5 %	0,5-50 4-20  20  <20 <60  0,38  0,58	0-5 4-20  10  <20 <60  0,38  0,58

Разработанные газоанализаторы ППХ обладают
следующими преимуществами:

-	имеют значительно более широкий диапазон
измерения;

-	способны выдержать перегрузку по хлору до 1000
мг/м3 с последующим восстановлением первоначальной
стати-ческой характеристики;

-	газоанализаторы не нуждаются в специальных
помеще-ниях для установки, подводе воздуха и тепла;

-	их питание осуществляется напряжением ± 24 В;

-	газоанализаторы практически не нуждаются в обслу-
живании в течение межповерочного интервала и
способны работать как автономно, так и в составе
системы.
На рис. 6.6.1 изображена трёхуровневая магистраль-
но-радиальная система контроля содержания хлора, а на
рис. 6.7.2 - возможное размещение системы на контроли-
руемой территории.

Рис. 6.6.1. Структурная схема системы:

ПИХ - первичный преобразователь хлора; БТ - блок
трансляции; ПСОИ - пульт сбора и обработки информа-
ции

Первый уровень системы представляет собой
первичные измерительные преобразователи параметров.
Сюда входят газоанализаторы хлора 1111X1 и 1111X2, а
также измерительные преобразователи температуры,
влажности, направления и скорости ветра. К системе
можно подключить до 48 ПИХ. Газоанализаторы хлора и
датчики метеопараметров могут быть рассредоточены в
радиусе до 1 км от блока трансляции.
Рис. 6.6.2. Расположение датчиков системы
на контролируемой территории

На втором уровне системы находятся блоки
трансляции. Они предназначены:

-	для преобразования сигналов постоянного тока,
посту-пающих с НИХ, в пропорциональные им частотные
сигналы;
-	опроса ППХ с пульта сбора и обработки
информации;

-	энергопитания ППХ;

-	организации магистральной линии связи с ПСОИ.

На третьем уровне системы находится пульт сбора и
обработки информации. Он является центром измери-
тельной части системы и выполняет следующие функ-
ции;

-	приём входных частотных сигналов по
магистральной линии связи;

-	управление блоками трансляции;

-	обработка полученной информации по заданному
алго-ритму;

-	формирование выходных дискретных сигналов (5 В,
10 мА) для включения локальной световой сигнализации
о превышении порогового значения концентрации хлора
в каждой точке контроля на мнемотабло;

-	отображение информации по каждому информацион-
ному каналу на цифровом табло;

-	самотестирование системы с выдачей сигнала
«отказ» и классификацией отказа, постоянную проверку
линий связи между БТ и ПСОИ, а также периодическая
автоматическая проверка всех измерительных каналов
системы;

-	взаимодействие с ПЭВМ.

Также на этом уровне может быть обеспечена
возможность управления автоматическими системами
защиты, установленными на производстве. Для этого в
комплект системы включается блок управления
сигнализацией БУС, который может управлять 24 кана-
лами зашиты.

Как следует из рис. 6.7.2, максимальная площадь,
контролируемая системой, составляет около 8 км2.
Для прогнозирования химической обстановки на
объекте контроля к ПСОИ подключают ПЭВМ, на
которую возлагаются следующие задачи:

-	анализ текущей обстановки и графическое представ-
ление её на мониторе;

-	коррекция показаний в зависимости от погодных ус-
ловий;

-	прогнозирование распространения газового облака
при авариях;

-	выдача операторам в соответствии с возможными
последствиями конкретных рекомендаций;

-	управление комплексом защитных устройств;

-	документирование и хранение информации.

Программное обеспечение ПЭВМ предназначено для
расчёта полей концентрации вредных веществ в
приземном слое атмосферы, содержащихся в выбросах
предприятий. Программа обеспечивает проведение
расчётов одновременно по 1000 источникам и 30
различным типам СДЯВ.

Расчёт значения концентрации СДЯВ проводится в
узлах сетки с заданной величиной шага по осям X и Y.
Форма расчётной площадки представляет собой
произвольно ориентированный прямоугольник. В
программе предусмотрено проведение расчётов по 20
подобным площадям, на каждой из которых может быть
до 500 расчётных узлов. Исходные данные представляют
в табличной форме в виде текстового файла. Результаты
расчётов выводятся в виде поля концентрации вредных
примесей, выдаваемых на печать в виде таблицы. Кроме
того, если задан масштаб карты, на печать выводится
схема с изображениями изолиний по ПДВ и ВСВ.
Система контроля содержания хлора в рабочей зоне
промышленных предприятий имеет следующие техничес-
кие характеристики:

-	диапазон измерения концентрации

хлора, мг/м3	0-50

-	число информационных каналов	до 48

-	пороги сигнализации, мг/м3:

предаварийные	1,5

аварийные	3,30

-	предел основной относительной
погрешности измерительного канала, %	±25

-	динамические характеристики

измерительного канала:

то.9, с, не более	90

время опроса, с, не более	50

-	потребляемая мощность, Вт, не более	500

- допустимая перегрузка по хлору, мг/м3:

до 1000 - с временем восстановления до 6 часов;

до 100 - с временем восстановления до 10 минут.

6.7. Автоматическая система контроля
загрязнения атмосферы

Экология (от греч. oikoct - дом, жилище, пристанище
и ... логия) - наука об отношениях растительных и
животных организмов, образуемых ими сообществ между
собой и с окружающей средой.

Загрязнение окружающей среды, другие отрицатель-
ные последствия научно-технического прогресса,
неблагоприятное воздействие человека на окружающую
среду требуют проведения широкомасштабных природо-
охранных мероприятий. В связи с этим резко возрастает
практическое значение экологии как научной основы
рационального природопользования. Экологический
подход стал, в прямом смысле этого слова, жизненно
необходимым при решении производственных и научно-
технических задач.

Экологический мониторинг (от лат. monitor —
надзирать) — система регламентированных наблюдений с
запрограммированным пространственным, временным и
компонентным разрешением, а также оценка и прогноз
состояния природной среды и природных ресурсов,
включая и системы источников антропогенного воз-
действия.

В оценке последствий воздействия на природу важное
место занимают мониторинг и расчёт допустимых (без
вреда для человека и природы) масштабов загрязнений, в
частности, предельно допустимых концентраций
различных веществ, отравляющих атмосферу, воду и
почву.

Автоматическая станция контроля загрязнения
атмосферы (АСКЗА), разработанная ОАО НПО
«Химавтоматика», предназначена для автоматического
контроля загрязнения атмосферного воздуха и может
являться как составной частью автоматизированной
системы контроля состояния атмосферы, так и
осуществлять работу в автономном режиме.

АСКЗА предназначена для работы в следующих
условиях:

-	температура окружающего воздуха, °C - 30 до + 35

-	атмосферное давление, кПа	84 - 107

-	относительная влажность

воздуха при температуре + 35 °C, %	80

АСКЗА обеспечивает выполнение следующих
функций:

1.	Контроль метеорологических параметров:
-	направления ветра;

-	скорости ветра;

-	температуры;

-	относительной влажности.

2.	Измерение концентрации вредных примесей в
атмосферном воздухе:

-	окислов азота;

-	оксида углерода;

-	суммы углеводородов (СН);

-	метана (СНд);

-	суммы углеводородов за вычетом

метана (НСН=СН-СНд).

3.	Обработку и хранение полученных данных.

4.	Передачу по занесённому расписанию накопленной
информации в центр сбора и обработки информации
(ЦОИ) по телефонной связи.

АСКЗА имеет следующие габаритные размеры, мм:

-	высота (с мачтой и анеморумбографом)	6200

-	ширина	2350

-	глубина	3025

Источники электроэнергии:

-	внешняя электрическая сеть переменного тока
напряжением 220 В и частотой 50 Гц;

-	аккумуляторная батарея напряжением 12 В и
ёмкостью 7 А-ч;

-	источник бесперебойного питания мощностью
700 В-А.

Максимальная потребляемая мощность одновременно
работающей измерительной аппаратуры, не более 5 кВт.

АСКЗА является многоканальным, многофунк-
циональным, восстанавливаемым, ремонтопригодным
изделием.
Количество каналов измерения метеопараметров - 4.
Диапазоны измерения метеопараметров:

-	направление ветра,0	0 - 360

-	скорость ветра (мгновенная), м/с	1,5-60

-	относительная влажность, %	5-98

-	температура, °C	- 40 ... + 50

-	пределы допускаемой основной абсолютной погреш-
ности измерений метеопараметров:

-	направления ветра,0	±10

-	скорости ветра ± (1,0 + 0,05 V) м/с,

где V - измеренная скорость ветра;

-	влажности, %	± 3,0

-	температуры, °C	± 0,4

Количество каналов измерения концентрации вред-
ных примесей - 3.

Диапазоны измерения концентрации загрязняющих

веществ:

-	оксида углерода (СО), мг/м3	0-50

-	окислов азота (NO,NO2,NOX)

в пересчёте на NO2, мг/м3	0-10

-	суммы углеводородов, метана, мг/м3 0 - 100

-	суммы углеводородов за

вычетом метана, мг/м3	0 - 100

Состав АСКЗА и назначение основных узлов

АСКЗА состоит из следующих функциональных
блоков: блок газоанализаторов, блок измерения
концентрации взвешенных частиц, метеокомплекс, блок
пробоподготовки и распределения газовых потоков,
система жизнеобеспечения, устройство сбора и передачи
данных, павильон.
Блок газоанализаторов обеспечивает автоматическое
непрерывное измерение в атмосферном воздухе
концентраций вредных примесей: оксид азота, диоксид
азота, оксид углерода, метан, сумма углеводородов без
метана, сумма углеводородов.

Блок измерения концентрятпти взвешенных веществ
обеспечивает автоматическое непрерывное измерение в
атмосферном воздухе концентраций взвешенных веществ.

Метеокомплекс осуществляет непрерывное авто-
матическое измерение следующих метеопараметров:
температуры, относительной влажности, скорости и
направления ветра.

Блок пробоподготовки и распределения газовых
потоков предназначен для подогрева анализируемого
воздуха и его доставки к газоанализаторам.

Система жизнеобеспечения осуществляет контроль и
поддержание в заданных пределах температуры внутри
станции (15 - 25 °C), а также контроль за состоянием дат-
чиков пожарной и охранной сигнализации.

Устройство сбора и передачи данных представлено
программно-аппаратным комплексом, выполняющим
следующие функции:

автоматическое вычисление коэффициента
пересчёта уровня аналогового сигнала измерительных
приборов в значение измеряемого компонента;

-	опрос блока газоанализаторов, блока измерения кон-
центрации взвешенных веществ, метеокомплекса и
системы жизнеобеспечения с периодом по умолчанию
одна минута;

формирование архива текущих измеренных
значений, сохранение информации в течение двух недель
и больше (при отключении питания время хранения
информации - не менее годе);
-	усреднение полученной информации с периодом
усреднения по умолчанию 20 минут;

-	формирование архива усреднённых значений, сохра-
нение информации в течение двух месяцев и дольше (при
отключении питания время хранения информации - не
менее года);

-	приём и передача информации в ЦОИ (количество
центров может быть доведено до 20) согласно
расписанию на станции или по инициативе центра;

-	корректировка собственного времени устройства
сбора и передачи данных в момент связи с ЦОИ;

-	хранение информации в буфере в течение не менее 3
суток при нарушении связи с ЦОИ и последующее её
воспроизведение при восстановлении связи, при более
длительном отсутствии телефонной линии предусмотрена
возможность передачи информации посредством дискет;

-	формирование инициативных сообщений и
передача их в ЦОИ в случае аварийного превышения
ПДК одним из ингредиентов (от лат. ingrediens, род.
падеж ingredientis - входящий) загрязняющих веществ
или нарушения нормальных условий работы станции
(нарушение температурного режима, пожароопасность,
вскрытие);

-	устройство сбора и передачи данных может
дополии-тельно выполнять функции ЦОИ;

-	выдача управляющих сигналов исполнительным
уст-ройствам в соответствии с расписанием;

-	протоколирование работы станции, время хранения
ин-формации - от даух недель и дольше.

Павильон, в котором смонтирована АСКЗА,
представляет собой теплоизолированное сооружение,
защищённое от проникновения атмосферных осадков. Его
конструкция обеспечивает защиту от несанкцио-
нированного доступа во внутреннее помещение. На
крышу павильона установлены воздухозаборник и мачта
для монтажа метеооборудования.

Атмосферный воздух засасывается с помощью комп-
рессора через воздухозаборник, где нагревается до
необходимой температуры, поступает через фильтр
тонкой очистки во входной коллектор, к которому с
помощью трубок присоединены входы газоанализаторов.

Сигналы от датчиков метеопараметров, расположен-
ных снаружи павильона, поступают на измерительные
приборы, установленные на стойку СТА-1.

Сигналы от измерителей метеопараметров и газо-
анализаторов поступают в систему УСОИ.

Связь станции с ЦОИ осуществляется с помощью
модема.

Поканальное измерение концентрации загрязняющих
примесей в воздухе осуществляется следующими тремя
газоанализаторами.

Газоанализатор ПАЛЛАДИИ-3 предназначен для
измерения концентрации оксида углерода в
анализируемом атмосферном воздухе. Метод анализа
основан на электролизе при постоянном потенциале.

Газоанализатор ЕТ-909 измеряет концентрацию
окислов азота в анализируемом атмосферном воздухе. Его
действие основано на измерении светового потока
(хемолюминесценции), возникающего при переходе
молекул диоксида азота из возбуждённого состояния в
основное. Возбуждённые молекулы диоксида азота обра-
зуются в результате химической реакции между
молекулами оксида азота и озоном.

Газоанализатор ГАММА ЕТ предназначен для
измерения массовой концентрации суммы углеводородов
(СН), метана (СНд), суммы углеводородов за вычетом
метана (НСН=СН-СНд) в атмосферном воздухе.

Принцип работы газоанализатора основан на иониза-
ции органических веществ в пламени водорода и
последующем измерении тока ионизации.

Анеморумбограф

В состав анеморумбографа (от греч. avepoo - ветер,
англ, rhumb, восходит к греч. рг|оцроа — юла, круговое
движение и ...графио) входят датчик ветра и пульт.
Принтгап действия анеморумбографа основан на
использовании зависимости между скоростью ветра и
числом оборотов вертушки, между направлением ветра и
положением свободно ориентирующейся флюгарки (от
нем. Fluger или гол. vleugel — крыло) датчика ветра. При
этом скорость и направление ветра преобразуются в
частоту следования и фазовый сдвиг последовательностей
электрических импульсов, которые после дальнейших
преобразований в пульте позволяют производить отсчёт
параметров ветра с цифрового табло пульта и выдачу
результатов измерения на компьютер, регистратор и
принтер.

Датчик ветра предназначен для преобразования
скорости и направления ветра в частоту следования и
фазовый сдвиг последовательностей электрических
импульсов при помощи контактных устройств —
импульсаторов.

Пульт предназначен для преобразования электри-
ческих импульсов датчика ветра в физические значения
параметров ветра, отображаемые на цифровых табло
пульта и выдачи результатов измерения на компьютер,
регистрацию и печать.

Устройство сбора и обработки информации

Устройство состоит из блока коммутации приборов
Ук-1, плат АТПТ1 и ДЦП2, входящих в состав ПЭВМ.
Устройство Ук-1 предназначено для коммутации
измерительной техники, входящей в состав АСКЗА, с
многофункциональными платами аналогового и
цифрового ввода-вывода ЛА-70М4, а также коммутации
32 дискретных сигналов ввода-вывода для подключения
периферийных и исполнительных устройств.

Ук-1 позволяет подключать к себе 12 токовых
выходов 0-5 мА, 4 токовых выхода 0-20 мА, 12
выходов по напряжению 0 - 5 В и 4 выхода по
напряжению 0 - 10 В.

Компрессор

Представляет собой четырёхкамерный мембранный
насос, предназначенный для создания потока анализи-
руемого воздуха и транспортирования его через воздухо-
заборник, фильтр тонкой очистки и коллектор входа.

Коллектор сброса

Коллектор предназначен для сбора и выведения
излишков анализируемого воздуха от компрессора и
сброса проанализированного воздуха после газоанализа-
тора ГАММА ЕТ.

Кондиционер

Предназначен для поддержания в павильоне
необходимой температуры. Сигнал определённой
величины от датчика температуры ТСА, расположенного
на стойке, передаётся на измеритель-регулятор ИРТ 5321,
от которого соответствующий сигнал поступает на реле,
включающее или выключающее кондиционер.

Теплонагреватель

Поддерживает необходимую температуру в
павильоне. Сигнал от датчика температуры ТСА,
расположенного на стойке, передается на измеритель-
регулятор ИРТ 5321, от которого сигнал подаётся на реле,
включающее или выключающее теплонагреватель.
Прибор ГРАНИТ-2

Приёмно-контрольный, охранно-пожарный прибор
ГРАНИТ-2 предназначен для контроля двух шлейфов
сигнализации в автономном режиме с подачей звукового
сигнала и с передачей тревожного извещения на пульт
ЦОИ.

Измеритель-регулятор ИРТ 5321 предназначен для
измерения температуры воздуха в павильоне и в
зависимости от её величины включает или выключает
кондиционер или теплонагреватель.

Второй измеритель-регулятор предназначен для
измерения температуры анализируемого воздуха на
выходе из воздухозаборника и включает или выключает
обогреватель воздухозаборника.

Измеритель-преобразователь

Измеритель-преобразователь ИПТВ-056\М2-03 пред-
назначен для преобразования сигналов от датчиков
температуры и влажности в цифровые значения,
отображаемые на индикаторе.

6.8.	Мобильный диагностический комплекс
для объектов газовой, нефтяной и энергетической
промышленности

Мобильный дистанционный комплекс лазерно-
тепловизионного контроля фирмы «Пергам (г. Москва)
предназначен для выполнения следующих функций:

-	диагностики газопроводов и обнаружения утечек
газа;

-	диагностики нефтепроводов и обнаружения утечек и
мест разлива нефти, определения площади загрязнения

как на воде, так и на земле;
-	определения мест несанкционированного подключе-
ния и картирования потерянных участков трубопроводов;

-	диагностики газохранилищ, резервуаров (франц,
reservoir, от лат. reservo - сберегаю), крановых узлов;

-	картирования подземных трубопроводов;

-	картирования залежей нефти и других углеводоро-
дов;

-	обнаружения мест повреждения теплоизоляции,
обводнения и выхода трубопровода на поверхность;

-	дистанционного обнаружения очагов лесных и под-
земных пожаров, в том числе в условиях задымлённости;

-	обнаружения очагов возгорания и пламени,
невидимого человеческим взглядом;

-	определение границ загрязнения водоёмов стоками
термальных вод;

-	определения потерь тепла зданиями и сооружения-
ми;

-	диагностики технического и коррозионного состоя-
ния высоковольтных линий электропередачи, трансфор-
маторных подстанций и т.п.;

-	дистанционного определения концентрации взрыво-
опасных смесей вблизи мест утечек;

-	определения фоновых концентраций на промышлен-
ных предприятиях, газоперекачивающих станциях;

-	контроля фонового значения метана и других газов
вблизи предприятий и промышленных объектов;

-	обследования теплотрасс;

-	поисково-спасательных операций.

Комплекс представляет собой оптико-электронную
систему на гидростабилизированной платформе размером
0 350x500, в которой смонтированы:

-	тепловизор;

-	видеокамера;
-	дистанционный лазерный детектор газа;

-	лазерный дальномер;

-	цифровая фотокамера.

Кроме того, комплекс в своём составе имеет систему
координатной привязки GPS (Global Positioning Sistem),
регистрационную систему и мобильную систему
обработки информации.

Комплекс монтируется на вертолёте, самолёте или
наземном движущемся средстве.

Гидростабилизированная платформа позволяет
сканировать нужные участки поверхности и исключить
влияние вибрации на качество сигналов в измерительных
каналах и изображения. Она имеет следующие
характеристики:

-	угол визирования по азимуту,0	±180

-	угол прокачки	+ 20° вверх и - 90° вниз

-	средняя ошибка стабилизации,	15-20

-	масса платформы с оборудованием, кг 45-55
Тепловизор позволяет по температурному контрасту
определить утечки из продуктопроводов, всплывшие
участки и места обводнения трубопроводов или их
неглубокое залегание, увидеть дефекты высоко- и
низковольтного оборудования и многое другое.
Тепловизор ThermoCAM SC 3000 имеет следующие

технические характеристики:

-	поле зрения,0	4,5x6, 10x12, 15x20 или 30x40

-	тип детектора	GaAs

-	разрешение термограммы, пиксель	320x240

-	чувствительность, °C	0,03

-	спектральный диапазон, мкм	8-9

-	масса, кг	3,2

-габариты, мм	220x135x130
Встроенная в платформу видеокамера позволяет
оператору видеть реальную картину местности и
обследуемые объекты, точно отслеживать формат
изображения, изменяя с пульта управления ориентацию
подвески с камерами. Видеокамера оборудована
объективом с различным полем зрения от 2,25°хЗ° до
30°х40° с разрешением 360 или 500 ТВ-линий.
Видеосигнал поступает в регистрирующую систему
синхронно с тепловизионным изображением.

Дистанционный лазерный детектор метана DLS-
Pergam предназначен для обнаружения утечек
природного газа из газопроводов и других объектов.
Принцип его действия основан на абсорбционном ИК-
методе анализа. Излучение диодного лазера отражается
топографическим объектом (земля, лес, трава и т.д.) и
попадает в приёмную систему прибора, где и
анализируется.

Детектор полностью автоматизирован и может
работать непрерывно без оператора, сохраняя результаты
измерений во встроенной памяти. Специальная
программа позволяет учитывать особенности отражения
лазерного луча от различных поверхностей. При
пренышении установленного порога концентрации метана
срабатывает сигнализация и цифровая камера для
получения качественной фотографии места утечки.
Система GPS позволяет получить распределение
концентрации метана с привязкой по координатам
маршрута. Все результаты измерений сохраняются в
памяти для комплексного отчёта и последующей
обработки.

Дистанционный лазерный детектор имеет следующие
технические характеристики:

-	расстояние детектирования, м, не более	150
-	время измерения, с	0,02

-	пороговая чувствительность (время измерения 0,5 с):
на расстоянии 50 м, ррптм	25

на расстоянии 100 м, ррптм	100

на расстоянии 150 м, ррптм	200

-	минимальная толщина детектируемого

слоя метана при атмосферном давлении, мм 0,05
- селективность к другим газам	104

-	длина волны лазера, мкм	1,65

-	мощность излучения лазера, мВт	15

-	вес, кг	20

Лазерный дальномер предназначен для измерения
точного расстояния до исследуемого объекта. Принцип
его действия основан на измерении времени,

необходимого лучу на прохождение расстояния до
объекта и обратно. Дальномер имеет следующие

технические характеристики:

-	диапазон измерения, км	0,2 - 10

-	погрешность измерения, м	±5

-	длина волны излучения, мкм	1,54

-	энергия излучения, мДж	8

-	габариты дальномера, мм	286x112x94

-	масса, кг	3,5

Цифровая камера на базе зеркального фотоаппарата
DCS Pro 14п позволяет получить высококачественные
фотографии мест утечек продукта, повреждения
электрической изоляции, обводнения и т.п. Камера имеет
разрешение снимков 3,6 или 14 мегапикселей (англ, pixel)
формата RAW, полноразмерный КМОП-датчик
изображения формата кадра 35 мм, возможность
сохранения снимков в формате DCR RAW или ERI-JPEG.

На рис. 6.8.1 изображены аэроснимок участка

газопровода и термограмма того же места, где в ИК-лучах
видно место утечки. На рис. 6.8.2 приведён аэроснимок и

термограмма кранового узла газопровода с выходом
газопровода на поверхность.

Регистрационная система DVR-Pergam пред-
назначена для осуществления качественной цифровой
видеозаписи. Она регистрирует четыре видеоканала с
высоким качеством обработки (формат MEPG-2) с
разрешением 360x280 пикселей на каждый канал и
720x576 пикселей на комплексное изображение с
частотой кадров 25 Гц. Мобильный промышленный ПК
регистрирует видеоизображение в термографическом
формате в режиме реального времени и контролирует ход
записи.

Эта система позволяет:

-	осуществлять 4-канальную запись и воспроизведе-
ние в режиме реального времени;

-	накладывать титры GPS информации на видеоза-
пись;

-	в режиме QUAD осуществлять одновременную
запись четырёх каналов через квадратор с едиными
настройками для каждого канала.
б

Рис. 6.8.1. Аэроснимок (а) и снимок в ИК-лучах (б)
участка нефтепровода: 1 - лесной массив; 2 - просека;

3 - место обводнения трубопровода
б

Рис. 6.8.2. Аэроснимок (а) и снимок в ИК-лучах (б)
кранового узла газопровода: 1 - лесной массив; 2 - просе-
ка; 3 - место выхода газопровода на поверхность
6.9.	Спутниковые системы зондирования Земли

В последнее десятилетие для России большое
значение приобрели спутниковые методы исследования
её территории. Это связано как с дальнейшим
совершенствованием космической техники, так и со
свёртыванием авиационных и наземных методов
мониторинга.

Основные области применения спутникового
зондирования - получение информации о состоянии
окружающей среды и землепользовании, изучение
растительных сообществ, оценка урожая сельско-
хозяйственных культур, оценка снегового и ледового
покрова, оценка последствий стихийных бедствий:
наводнении, землетрясений, извержений вулканов,
лесных пожаров. Средства дистанционного зондирования
эффективны при изучении загрязнения почвы и водоёмов,
льдов на суше и на воде, в океанологии. Эти средства
позволяют получать сведения о состоянии атмосферы.

Спутник «Ресурс-Ol» (России)

Российский спутник для дистанционного
зондирования атмосферы «Ресурс-01» летает на высоте
650 км с периодом обращения 97,5 минут и углом
наклонения орбиты - 97,97°. Сканер МСУ-СК с
конической развёрткой имеет следующие характе-
ристики: скорость сканирования - 12,5 дуг/с, разрешение
150x250 м, полоса обзора 600 км, сигнал каждого канала
квантуется на 256 уровней, масса сканера 55 кг.

Сканер имеет следующие спектральные каналы:

0,5 -0,6 мкм (зелёный участок спектра)

0,6 -0,7 мкм (красный участок)
0,7 -0,8 мкм (красный и ближний ИК)

0,8 - 1,1 мкм (ближний ИК)

10,5	- 12,5 мкм (тепловой), в этом канале разрешение
500 м.

На спутнике установлены также два сканера МСУ-Э с
линейной развёрткой, содержание по 3 ПЗС-линейки по
1000 пикселей (по одной на каждый из трёх каналов).
Сканеры имеют разрешение 35x45 м, скорость
сканирования 200 строк/с, полоса обзора каждого сканера
45 км, а если включены оба сканера - 80 км. Над одной и
той же точкой поверхности спутник пролетает один раз в
14 дней. Чтобы повысить регулярность приёма,
предусмотрено отклонение оси сканера на ± 30 ° от
надира (нижняя точка пересечения отвесной линии с
небесной сферой) в направлении, перпендикулярном
направлению движения спутника. Это позволяет смещать
полосу обзора на ± 400 км. Сканер имеет следующие
каналы: 0,5 - 0,59, 0,61 - 0,69 и 0,7 - 0,89 мкм. Сканер
МСУ-Э весит 23 кг.

Результаты измерении со спутника передаются по
радиоканалу на частоте около 8 ГГц со скоростью
7,68 Мбит/с. Мощность бортового передатчика - 10 Вт.

Спутник «Океан-О» (Россия - Украина)

Спутник имеет круговую орбиту с высотой 667 км,
период обращения 97,98 мин, угол наклонения орбиты
98,03°.

На спутнике установлены две некогерентные РЛС
бокового обзора, антенны которых направлены
соответственно влево и вправо от направления полёта.
Полоса обзора каждой РЛС 455 км, угол падения
излучаемых электромагнитных волн на подстилающую
поверхность 20,48°. Пространственное разрешение в
среднем составляет 1,3 км поперёк направления движения
спутника и 2,5 км вдоль него.

Многоканальный сканирующий радиометр «Дельта-
2Д» имеет 4 канала со средней длиной волны 0,8 км (1-й
канал), 1,35 см (2-й канал), 2,25 см (3-й канал) и 4,3 см
(4-й канал). Полоса обзора составляет 1126 км, размеры
элементов разрешения на подстилающей поверхности от
17x22 км в 1-м канале до 91x120 км в 4-м канале.

Два микроволновых несканирующих радиометра на
длины волн 2,25 и 6 см направлены в надир и имеют
полосу обзора 130 км.

На спутнике «Океан-О» установлен ряд приборов,
работающих в оптическом диапазоне. Сканер МСУ-СК
аналогичен такому же сканеру спутника «Ресурс-О».
Многоканальное сканирующее устройство высокого
разрешения МСУ-В с полосой обзора 195 км имеет 8
спектральных каналов с пространственным разрешением
в 1 - 5 каналах 50 м, в 6-м - 100 м, в 7-м - 300 м и в 8-м -
250 м.

Многоканальное сканирующее устройство малого
разрешения МСУ-М имеет полосу обзора 2000 км,
пространственное разрешение 1,5x1,7 км в центре строки
и 1,8x1,7 км на краю строки.

Поляризационный спектрорадиометр «Трассёр-О»
работает в диапазоне длин волн 411 - 809 нм и имеет
пространственное разрешение 45 км.

Для сбора информации с морских буёв предназначена
аппаратура сбора и передачи информации «Кондор-2».

На рис. 6.9.1 - 6.9.7 представлены спутниковые
снимки г. Дубны и его окрестностей в диапазоне от 0,45
до 12,5 мкм. Примерно одну треть территории занимают
леса, одну треть луга и пашни и одну треть населенные
пункты.

Рис. 6.9.1. Изображение г. Дубны и его окрестностей
в диапазоне 0,45 - 0,52 мкм

Рис. 6.9.2. Изображение г. Дубны и его окрестностей
в диапазоне 0,52 - 0,60 мкм
Рис. 6.9.3. Изображение г. Дубны и его окрестностей
в диапазоне 0,63 - 0,69 мкм

Рис. 6.9.4. Изображение г. Дубны и его окрестностей
в диапазоне 0,76 - 0,90 мкм
Рис. 6.9.5. Изображение г. Дубны и его окрестностей
в диапазоне 1,55 - 1,75 мкм

Рис. 6.9.6. Изображение г. Дубны и его окрестностей
в диапазоне 2,08 - 2,35 мкм
Рис. 6.9.7. Изображение г. Дубны и его окрестностей
в диапазоне 10,40 - 12,5 мкм (ИК диапазон)

Дубна - город (с 1956 года) на севере Московской
области у впадения р. .Дубна в Волгу, 64 тысячи жителей
(1987 г.), имеется железнодорожная станция. Город
образован в связи с организацией Объединённого
института ядерных исследований. В 1960 году в черту
Дубны вошёл г. Иваньково. У Дубны начинается канал
имени Москвы (пристань Большая Волга)

Результат комплексного дешифрирования данных на
рис. 6.9.1 - 6.9.7 с использованием на разных этапах
методов автоматизированного и визуально-компью-
терного дешифрирования приведён на рис. 6.9.8.
Рис. 6.9.8. Схема комплексного дешифрирования
изображения г. Дубны и окрестностей

глубоководные объекты	
мелководные объекты	
луга и пустьри	
хвойные леса	
смешанные леса	
лиственные леса	
садово-огородные участки	
кварталы многоэтажной застройки	
автодороги	
ЛЭП	
железные дороги	
Библиографический список

Алексеенко А.Г., Шагурин И.И. Микросхемотехника-
М.: Радио и связь, 1990. - 490 с.

Ахназарова С.Л., Кафаров В.В. Оптимизация
эксперимента в химии и химической технологии. - М.:
Высшая школа, 1985. - 230 с.

Бройдо В.Л. Вычислительные системы, сети и теле-
коммуникации. - СПб.: Питер, 2003. - 688 с.

Вальков В.Б., Вершин В.Е. Автоматизированные
системы управления технологическими процессами. - Л.:
Политехника, 1991. - 269 с.

Васильков Ю.В., Василькова Н.Н. Компьютерные
технологии вычислений в математическом
планировании. - М.: Финансы и статистика, 2002. - 256 с.

Галкин В.А., Григорьев Ю.А. Телекоммуникации и
сети. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2003. - 608 с.

Герасимов Б.И., Глинкин Е.И. Микропроцессорные
аналитические приборы. - М.: Машиностроение, 1989. -
248 с.

ГОСТ 16263-70 Государственная система обеспечения
единства измерений. Метрология, термины и определе-
ния.

ГОСТ 16504-81 Система государственных испытаний
продукции. Испытание и контроль качества продукции.
Основные термины и определения.

ГОСТ 17657-79 Передача данных. Термины и опре-
деления.

ГОСТ 24026-80 Исследовательские испытания.

Планирование эксперимента. Термины и определения.

ГОСТ 24555-81 Система государственных испытаний
продукции. Порядок аттестации испытательного
оборудования. Основные положения.
ГОСТ 20911-89 Техническая диагностика. Термины и
определения.

ГОСТ 18353-79 Контроль неразрушающий. Класси-
фикация видов и методов.

ГОСТ Р 8.568-97 ГСИ Аттестация испытательного
оборудования.

ГОСТ 27300-87 Информационно-измерительные сис-
темы. Общие требования, комплектность и правила
составления эксплуатационной документации.

ГОСТ 19781-83 Программное обеспечение систем
обработки данных. Термины и определения.

ГОСТ 34.602-89 Информационная технология. Комп-
лект стандартов на автоматизированные системы.
Техническое задание на создание автоматизированной
системы.

ГОСТ 34.601-90 Информационная технология. Комп-
лект стандартов на автоматизированные системы. Стадии
создания.

ГОСТ Р 8.596-2002 ГСИ Метрологическое обеспече-
ние измерительных систем. Основные положения.

ГОСТ Р 8.563-96 ГСИ Методика выполнения изме-
рений.

ГОСТ Р 8.000-2000 Государственная система обеспе-
чения единства измерений.

ГОСТ 12997-84 Изделия ГСП. Общие технические
условия.

ГОСТ Р МЭК 870-1-4-98 Устройства и системы
телемеханики.

Жуковский В.Л. Испытания средств измерений. - М.:
Изд-во стандартов, 1991. - 96 с.

Загорский В.П. Информационно-измерительные систе-
мы коллективного пользования. - Минск: Наука и техни-
ка, 1987. - 104 с.
Земельман М.А. Метрологические основы техничес-
ких измерений. -М.: Изд-во стандартов, 1991. - 218 с.

Испытания радиоэлектронной, электронно-вычисли-
тельной аппаратуры и испытательное оборудование/Под
ред. Коробова А.И. - М.: Радио и связь, 1987. - 272 с.

Калашников В.И. Информационно-измерительная
техника и технологии. - М: Высшая школа, 2002. -454 с.

Кальман И.Г. Метрологическое обеспечение ис-
пытаний аппаратуры, приборов и элементов на воздейст-
вие внешних факторов. - М.: Изд-во стандартов, 1980. -
152 с.

Калиев Р.Э. Измерительно-вычислительные комплек-
сы. - Л.: Энергоатомиздат, 1988. - 176 с.

Касаткин А.С. Оценка эффективности автоматических
систем контроля. - М: Энергия, 1967. - 80 с.

Капткин В.Б., Сухинин А.И. Дистанционное зондиро-
вание Земли из космоса. -М.: Логос, 2001. - 264 с.

Каяцкас А.А. Основы радиоэлектроники. - М.: Выс-
шая школа, 1988. - 464 с.

Клаассен К.Б. Основы измерений. Электронные
методы и приборы в измерительной технике. - М:
Постмаркет, 2000. - 352 с.

Краус М., Вошни Э. Измерительные информационные
системы.-М.: Мир, 1975.-230 с.

Кулаков М.В. Технологические измерения и приборы
для химической промышленности. - М.: Машинострое-
ние, 1983.-424 с.

Ларионов А.М. Вычислительные комплексы, системы
и сети. - Л.: Энергоатомиздат, 1987. - 288 с.

Латышенко К.П. Физические методы неразрушаю-
щего контроля. - М.: МГУИЭ, 2000. - 208 с.

Латышенко К.П. Контроль композиционных материа-
лов. - М.: МГУИЭ, 1999. - 72 с.
Луганцев Л.Д. Компьютерные сети. - М.: МГУИЭ,
2001.-452 с.

Малинский В.Д., Бегларян В.Х., Дубицкий Л.Г.
Испытания аппаратуры и средств измерений на воз-
действие внешних факторов. - М.: Машиностроение,
1993.-576 с.

МИ 222-80 Методика расчёта метрологических
характеристик измерительных каналов ИИС по метроло-

гическим характеристикам компонентов.

МИ 2240-98 ГСИ Анализ состояния измерений,
контроля и испытаний на предприятии, в организации,
объединении. Методика и порядок проведения работы.

МИ 1552-86 ГСИ Измерения прямые однократные.
Оценивание погрешностей результатов измерений.

МИ 1730-87 Погрешности косвенных измерений
характеристик процессов. Методика расчёта.

МИ 2083-90 ГСИ Измерения косвенные. Определение
результатов измерений и оценивание их погрешностей.

МИ 2091-90 ГСИ Измерения физических величин.
Общие требования.

Микита Г.И. Измерительные информационные
системы в технике. - М.: РГОТУПС, 2002. - 74 с.

Наладка средств измерений и систем автоматического
контроля: Справочное пособие/А.С.Клюев - М.: Энерго-
атомиздат, 1990. - 400 с.

Нефёдов В.И., Хахин В.И, Битюков В.К. и др. Метро-
логия и радиоизмерения.-М.: Высшая школа, 2003.-526 с.

Нефёдов В.И., Хахин В.И, Фёдорова Е.В. и др. Метро-
логия и электрорадиоизмерения в телекоммуникацион-
ных системах. - М.: Высшая школа, 2001. - 383 с.

Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. -
СПб.: Питер, 2002. - 672 с.
Ордынцев В.М. Системы автоматизации эксперимен-
тальных научных исследований. — М.: Машиностроение,
1988.-328 с.

Острейковский В.А. Информатика. — М.: Высшая шко-
ла, 2004.-511 с.

ПР 50.2.009-94 ГСИ Порядок проведения испытаний и
утверждения типа средства измерений.

ПР 50.2.010—94 ГСИ Требования к государственным
центрам испытаний средств измерений и порядок их
аккредитации.

Раннев Г.Г., Тарасенко А.П. Методы и средства
измерений. — М.: Изд. центр «Академия», 2003. —336 с.

РД 50—453—84 Характеристики погрешности средств
измерений в реальных условиях эксплуатации. Методы
расчёта.

РМГ 29-99 ГСИ Метрология. Основные термины и
определения.

Родионов В.Д. Технические средства АСУ ТП. — М.:
Высшая школа, 1989. — 263 с.

Сергеев А.Г., Крохин В.В. Метрология. — М.: Логос,
2001.-376 с.

Тартаковский Д.Ф., Ястребов А.С. Метрология,
стандартизация и технические средства измерений. — М.:
Высшая школа, 2001. — 346 с.

Ткаченко Ф.А. Техническая электроника. — Мн.:
Дизайн ПРО, 2002. - 368 с.

Цифровые измерительно-информационные системы,
теория и практика./Под ред. Фомина А.Ф. — М.: Энерго-
атомиздат, 1996. - 386 с.

Чернявский Е.А. Измерительно-вычислительные сред-
ства автоматизации производственных процессов. — Л.:
Энергоатомиздат, 1989. -272 с.
Содержание

Введение ........................................ 3

Глава 1. Испытания и контроль продукции ......... 6

1.1.	Продукция и её качество .................... 6

1.2.	Измерение параметров качества изделий ..... 11

1.3.	Испытания продукции ....................... 16

1.4.	Контроль качества продукции ............... 27

Глава 2. Агрегатные средства автоматических
систем измерений, испытаний и контроля ......... 36

2.1.	Агрегатные средства автоматических систем . 39

2.2.	Пробоотбор и пробоподготовка .............. 47

2.3.	Аналоговые преобразователи сигналов ....... 57

2.4.	Дискретные (цифровые) преобразователи
сигналов ....................................... 71

2.5.	Интерфейс ................................. 83

2.6.	Аналого-цифровые и цифроаналоговые
преобразователи ................................ 98

Глава 3. Алгоритмическое и программное обеспечение
автоматических систем измерений, испытаний и
контроля ...................................... 106

3.1.	Программное обеспечение информационных
измерительных систем .......................... 106

3.2.	Планирование испытаний ................... ИЗ

3.3.	Математическая модель объекта испытании.120

3.4.	Обработка данных испытании .............. 125

3.5.	Методы оптимизации ...................... 131

Глава 4. Метрологические характеристики
автоматических систем ......................... 138

4.1.	Метрологическое обеспечение измерений и
испытании ..................................... 138

4.2.	Метрологические характеристики средств измерений
и испытаний ................................... 143
4.3.	Метрологические характеристики измерительных
систем .................................... 148

4.4.	Оценка эффективности информационных
измерительных систем ...................... 153

Глава 5. Автоматические системы измерений,
испытаний и контроля ...................... 161

5.1.	Измерительная система ................ 161

5.2.	Виды информационных измерительных систем ... 165

5.3.	Проектирование и внедрение информационных
измерительных систем ...................... 179

5.4.	Микропроцессоры в системах измерения
и контроля ................................ 185

5.5.	Канал связи .......................... 192

Глава 6. Реализация систем измерений, испытаний
и контроля .................................. 207

6.1.	Автоматическая система усталостных и износо-
усталостных испытаний ............... 207

6.2.	Автоматическая система учёта тепловой

энергии ..................................... 214

6.3.	Автоматизированная система контроля и учёта

энергии ..................................... 229

6.4.	АСНИ каталитического реактора .......... 244

6.5.	Многоцелевой компьютеризированный хроматогра-

фический комплекс «ИНЛАН-ГХ»....... 257

6.6.	Система контроля содержания хлора в рабочей зоне
промышленных предприятий .................... 269

6.7.	Автоматическая система контроля загрязнения
атмосферы ................................... 276

6.8.	Мобильный диагностический комплекс для
объектов газовой, нефтяной и энергетической
промышленности .............................. 285

6.9.	Спутниковые системы зондирования Земли . 293

Библиографический список .................... 301