Кондрашов Сергій Іванович. Підвищення точності вимірювальних перетворювачів з формуванням у реальних умовах тестових впливів

Краткое описание

Кондрашов Сергій Іванович. Підвищення точності вимірювальних перетворювачів з формуванням у реальних умовах тестових впливів: дис... д-ра техн. наук: 05.11.05 / Національний технічний ун-т "Харківський політехнічний ін-т". - Х., 2004.

Кондрашов С.І. Підвищення точності вимірювальних перетворювачів з формуванням у реальних умовах тестових впливів. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.11.05 прилади та методи вимірювання електричних та магнітних величин. Національний технічний університет Харківський політехнічний інститут”, Харків, 2004.
У дисертації наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової задачі підвищення точності електричних вимірювальних перетворювачів з нелінійними функціями перетворення у динамічних режимах вимірювання безпосередньо на об’єкті експлуатації бездемонтажними методами. Головним аспектом цієї задачі є підвищення точності вимірювальних перетворювачів шляхом використання тестових структурно-алгоритмічних методів корекції лінеаризованої градуювальної характеристики у колі робочої точки шкали.
Запропоновано послідовність синтезу реляційно-різницевих моделей операторів корекції для вимірювальних перетворювачів з лінійними і нелінійними функціями перетворення у статичних і динамічних режимах тестових випробувань. Розроблено методику аналізу методично-розмірнісної похибки операторів корекції, яка дозволила обґрунтовано визначити параметри системи контролю. Запропоновано методи корекції похибок нелінійності і динамічних складових похибок операторів корекції. Розроблено методологію метрологічного спостерігача” електричних вимірювальних перетворювачів на основі нечітких ситуаційних моделей для сукупності перетворювачів із використанням статистичної інформації про дрейфові зміни похибок на протязі їхнього життя”. Розроблено практичні методи підвищення точності вимірювальних перетворювачів. Основні результати впроваджено у промислових системах автоматизації приймально-здавальних випробувань.

У дисертації наведено теоретичне узагальнення та нове вирішення науково-прикладної проблеми підвищення точності електричних ВП шляхом тестових випробувань при бездемонтажному контролі у робочих режимах. Запропоновано методи підвищення точності ВП на основі реляційно-різницевих операторів корекції дозволяють здійснювати ковзаючий” тестовий контроль ВП одночасно з дією вхідного сигналу. Подальший розвиток отримала теорія структурно-алгоритмічних методів підвищення точності, а саме той розділ, що відноситься до розробки та дослідження методів корекції результатів вимірювання ВП без зміни ФП ВП. Сформульовану вище наукову задачу вирішено шляхом розроблення методів підвищення точності визначення реляційно-різницевих моделей операторів корекції вхідних сигналів у статичному та динамічному режимах.

Введено три основні моделі дрейфових складових похибок електричних ВП у процесі їх експлуатації: квазістаціонарну, лінійну нестаціонарну та нелінійну нестаціонарну. Встановлено, що ці моделі повинні включати складові похибок, зумовлені змінами як статичних, так і динамічних параметрів передаточної функції ВП, які призводять до дрейфів не тільки основної систематичної складової похибки, але і її випадкової складової. Використання цих моделей дозволяє проводити поточний контроль зміни складових похибок, обґрунтовано вибирати час міжвипробувального інтервалу та розробляти модель прогнозу дрейфу ССПП з метою синхронізації процесів випробувань ВП і скорочення витрат на їх проведення.
У результаті проведеного аналізу задач корекції похибок лінійних і нелінійних ФП електричних ВП при тестовому контролі встановлено, що існує єдина узагальнена математична модель операторів адитивно-мультиплікативної корекції їхніх похибок, яку названо реляційно-різницевою моделлю (РРМ). Встановлено, що цей безрозмірнісний оператор корекції пов’язує значення оцінки вхідного сигналу ВП з сигналами еталонних тестових впливів. Показано, що РРМ дозволяють: підвищити точність вимірювання електричних ВП; виключити вплив систематичних похибок ЗВ ВСК на результати корекції похибок; ввести параметри заданих моделей реальної ФП ВП у розрахунковий оператор корекції для контролю зміни РФП і провести при необхідності корекцію похибок РФП ВП у процесі його експлуатації при значенні відносної НСП на рівні.
Вперше розроблено методику визначення параметрів систем тестового контролю з урахуванням похибки нелінійності моделі РРМ оператора для електричних ВП з лінеаризованими ФП, що дозволило вирішити задачі аналізу і синтезу ВСК для заданої похибки корекції вхідного сигналу ВП. Розглянуто приклади розрахунків для основних моделей РРМ операторів корекції, які дозволяють обґрунтовано визначити параметри засобів контролю ВСК: n число розрядів АЦП; k число багаторазових вимірювань при заданій константі С, яка враховує метод тестового контролю і структуру РРМ.
Вперше проведено аналіз ефективності методу РРМ для ВП з нелінійними ФП у статичних режимах вимірювання, який показав, що існує можливість лінеаризації і стабілізації їхніх РФП. Проведене співставлення двох методів лінеаризації методу відсічних і методу дотичних дозволило визначити розрахункові значення їх похибок нелінійності. Показано, що використання нелінійних РРМ лише з однією реперною точкою на шкалі ВП дозволяє виключити необхідність зберігання нелінійної ГХ ВП у пам’яті ЕОМ і обмежитися лише одним генератором еталонного сигналу для ВП з нелінійною і нестабільною ФП.
Вирішено задачу корекції похибок статичної ФП електричних ВП у динамічних режимах тестових впливів без переривання дії вхідного сигналу ВП. Проведено аналіз похибок динамічних РРМ для ВП із заданою перехідною функцією, що дозволило розробити методи зменшення динамічних складових похибки РРМ, зумовлених зміною вхідного сигналу ВП і параметрів реальної передаточної функції ВП з урахуванням випадкової складової похибки АЦП0ВСК, які забезпечили зменшення відносної похибки вимірювання вхідного сигналу ВП у 5-6 разів до значення не більше 0.5 %.
Показано необхідність створення на другому рівні АІСКК ситуаційної моделі системи метрологічного контролю ВК на базі завдання метрологічних ситуацій у термінах теорії нечітких множин. Розроблено методику опису метрологічних ситуацій на рівні окремого ВК і сукупності цих каналів. Обґрунтовано, що найбільш доцільно задавати три опорні ситуації для значень похибок мала”, середня” та велика”. Вперше розроблено моделі фаззіфікації і дефаззіфікації сигналів, які дозволяють враховувати як систематичну, так і випадкову складові похибки вимірювання вхідних сигналів.
Проведено комплексну оптимізацію параметрів ЦАП постійної напруги на основі ШІМ. Це дозволило розробити на базі типових модулів Мікро-ДАТ” ЦАП для системи тестового контролю як еталонне джерело постійної напруги системи самоконтролю для шести локальних комплексів. Вперше розглянуто питання оптимального розподілу груп і числа розрядів у кожній групі для ЦАП з ШІМ із урахуванням статичних, динамічних похибок і похибок нелінійності. Це дало змогу підвищити точність таких ЦАП у 1020 разів. Вперше показано, що даний виграш обмежується похибками комутаційних електронних перемикачів.
Проведено аналіз прикладів застосування РРМ для практичних задач, які забезпечують необхідну точність відновлення значення вхідного сигналу для всіх компонентів ВК: АЦП, ліній зв’язку, МВП, ПВП на рівні 0.02 ... 0.1 % для різних задач. Вирішення практичних задач підвищення точності ТЕП дозволило створити інтелектуальну систему тестового контролю термопар з вбудованими реперними матеріалами. Для контролю точності мікропроцесорних модулів Мікро-ДАТ” запропоновано комплекс приймально-здавальних та дослідницьких випробувань АРМ метролога”.
Результати теоретичних і експериментальних досліджень впроваджено на НВО САУ” (м. Харків) при виконанні договірних робіт зі створення автоматизованого робочого місця метролога АРМ метролога”, у задачах контролю точності ВК типової структури, при розробці ряду нових експериментальних зразків ТЕП, в учбовий процес при підготовці спеціалістів, магістрів і аспірантів.