Функциональное проектирование измерительного устройства

Функциональное проектирование измерительных устройств имеет довольно сложную иерархическую структуру.

Уровень проектирования:

Функционально-логический Системотехнический Схемотехнический Элементный Объект проектирования:

Устройство, компонент Узел Блок Элемент Высшим уровнем этой структуры является функционально-логический. На нем ИУ рассматривается как совокупность взаимосвязанных ФК и ФУ, каждое из которых имеет самостоятельное назначение и конструкцию. На этой стадии устанавливаются требования к наиболее ответственным и крупным частям ИУ, выполнение которых гарантирует выполнение требований ТЗ, предъявляемых к ИУ в целом. Эти требования оформляются в виде ТЗ на конкретные ФК и ФУ, куда включаются ограничения на параметры и характеристики этих устройств. Поэтому функциональное проектирование иногда называют функционально-параметрическим проектированием.

На системотехническом уровне функционального проектирования осуществляется проектирование схем ФУЗ, входящих в ФУ. При этом процесс проектирования делится на ветви, соответствующие каждому узлу.

На схемотехническом уровне каждый ФУЗ рассматривается как структура, состоящая из взаимосвязанных функциональных блоков. Разработка ФБ осуществляется в соответствии с техническими заданиями, сформированными на предыдущем уровне. Начиная с этого уровня, ветви функционального проектирования приобретают «специализацию» [25]. Она определяется физическим принципом действия, характером элементной базы, составом элементов, особенностями конструкции и другими характеристиками ФБ, которые на системотехническом уровне игнорировались. Схемотехнический уровень функционального проектирования требует, как правило, наибольшего объема работы, так как именно на этом уровне устанавливаются основные параметры функциональных блоков ИУ.

На элементном уровне разрабатываются схемы тех функциональных элементов (ФЭ), которые реализуют схемы ФБ. Часто работа на этом уровне сводится к подбору стандартных деталей и схем их соединения, так как проектирование новых деталей, отличающихся от стандартных, производится лишь в особых случаях.

В составе обобщенной схемы ИУ, показанной на рис. 2.5, роль ФК выполняют система адаптации СА, система управления СУ и измерительный канал ИК в целом, роль ФУ — устройство предварительной обработки сигнала УПОС и вычислительное устройство ВУ, роль ФУЗ — вспомогательные элементы ВЭ и отсчетное устройство ОУ, роль ФБ — датчик Д, предварительный преобразователь ПП и промежуточные измерительные преобразователи, а роль ФЭ — детали и сборочные единицы всех элементов ИУ.

В соответствии с ГОСТ 2.701—2008 различают следующие виды схем: электрические (Э), гидравлические (Г), пневматические (П), газовые (X), кинематические (К), вакуумные (В), оптические (Л), энергетические (Р), деления (Е), комбинированные ©.

Для приборов и систем, в состав которых входят элементы разных видов, разрабатывают несколько схем соответствующих видов одного типа (например, схему электрическую принципиальную и схему гидравлическую принципиальную) или одну комбинированную схему (например, электро-кинематическую), содержащую элементы и связи разных видов.

В зависимости от основного назначения схемы приборов и систем подразделяют на следующие типы схем: структурные (1), функциональные (2), принципиальные (3), соединений (4), подключения (5), общие (6), расположения (7), объединенные (0).

При обозначении схем используются символы, указанные в скобках, например обозначение ЭЗ означает «схема электрическая принципиальная» и т. д.

Количество типов схем на изделие должно быть минимальным, но в совокупности они должны содержать сведения в объеме, достаточном для проектирования, изготовления, эксплуатации и ремонта создаваемого прибора.

Схемы выполняют без соблюдения масштаба, действительное пространственное расположение составных частей системы или прибора не учитывают или учитывают приближенно.

При составлении схем различного вида необходимо руководствоваться следующими терминами:

• • схема — графический документ, на котором в виде условных изображений или обозначений показаны составные части объекта проектирования (ОП) и взаимосвязи между ними;
• • элемент схемы — составная часть схемы, которая в ОП выполняет определенную функцию и не может быть разделена на части, имеющие самостоятельное назначение (резистор, трансформатор, насос, распределитель и пр.);
• • функциональная группа — совокупность элементов, выполняющих в ОН определенную функцию и объединенных в единую конструкцию (измерительно-вычислительный комплекс, система автокалибровки и пр.);
• • функциональная цепь — линия, канал, тракт определенного назначения (измерительный канал, видеоканал и пр.);
• • структурная схема — схема, определяющая основные функциональные части прибора или системы, их назначение и взаимосвязи. (Примечание: в теории автоматического регулирования с помощью структурной схемы отображают математическую модель объекта регулирования.);
• • функциональная схема — разъясняющая определенные процессы, протекающие в отдельных функциональных цепях ОН;
• • принципиальная схема — определяющая полный состав элементов и связей между ними и, как правило, дающая полное представление о принципах работы ОП;
• • схема соединений {монтажная) — показывающая соединения составных частей ОП и определяющая провода, жгуты, кабели или трубопроводы, которыми осуществляются эти соединения, а также места их присоединений и ввода (разъемы, платы, зажимы и пр.);
• • схема подключения — показывающая внешние подключения ОП;
• • общая схема — определяющая составные части ОП и соединения их между собой на месте эксплуатации;
• • схема расположения — схема, определяющая относительное расположение составных частей ОП, а при необходимости — жгутов, проводов, кабелей, трубопроводов и пр.;
• • схема объединенная — схема, которая применяется в тех случаях, когда на одном конструкторском документе выполняют схемы двух или нескольких типов, выпущенных на один прибор или систему.

Данные об элементах, изображенных на схемах, записывают в перечень элементов согласно ГОСТ 2.701—2008.