CC BY
47
компаратора и его достаточно высокой чувствительности [1].
Описанный метод находит применение только при передаче значения единицы сопротивления от первичного эталона Ома рабочим. Во всех остальных
случаях на практике применяется метод прямого сличения равнономинальных сопротивлений.
ЛИТЕРАТУРА
1. Березин М.Н. Автоматизированная установка для измерения относительного отклонения сопротивления и температурного коэффициента сопротивления/ Березин М.Н., Доросинский А.Ю. // Материалы для пассивных радиоэлектронных компонентов. Труды международной научно-технической конференции. - 2007. - С. 226-230.
УДК 618
Попов П.Ю., Доросинский А.Ю., Нефедьев Д.И.
ФГБОУ ВО «Пензенский Государственный университет», Пенза, Россия
ОСОБЕНННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ КОМПЛЕКСА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПРЕЦИЗИОННЫХ РЕЗИСТОРОВ
Оценены основные тенденции развития приборостроения. Обозначен достигнутый технический уровень в области метрологических характеристик прецизионных резисторов.
Описаны основные контролируемые параметры прецизионных резисторов и особенности их контроля.
Обоснована возможность создания на базе компаратора сопротивлений автоматизированного комплекса измерения относительной разности сопротивлений (ОРС). Предложен вариант автоматизированного комплекса. Рассмотрены методы и средства измерения относительной разности сопротивлений. Даны рекомендации по необходимому уровню функциональных возможностей комплекса. Ключевые слова
ПРЕЦИЗИОННЫЙ РЕЗИСТОР, ИЗМЕРЕНИЕ, ПОГРЕШНОСТЬ, ОТНОСИТЕЛЬНАЯ РАЗНОСТЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ, ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ МЕТОД, АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ КОМПЛЕКС
Введение
Современный этап развития приборостроения характеризуется значительным повышением метрологических характеристик измерительных приборов. Предельные погрешности рабочих средств измерения достигают значений (0,0005 - 0,0001) %. По этой причине стабильным остается спрос на прецизионные изделия электронной техники, в том числе на прецизионные резисторы.
Отечественная промышленность освоила производство резисторов, допускаемое отклонение сопротивления которых не превышает ±0,001%. Однако наращивание выпуска в соответствии с потребностями рынка сбыта связано с существенными трудностями, особенно при выполнении контрольно-измерительных операций. Основной проблемой при прецизионных измерениях является проблема снижения влияния на результат измерения случайных погрешностей, что достигается введением статистической обработки результатов наблюдений [1, 2].
Практика выполнения высокоточных измерений сопротивлений прецизионных резисторов обусловила разработку и широкое применение автономных многозначных мер электрического сопротивления повышенной точности.
При этом для обеспечения автоматизации операции измерения попускаемого отклонения сопротивления прецизионных резисторов представляется целесообразным разработать автоматизированную установку измерения относительной разности сопротивлений (компаратор сопротивлений).
Прецизионные резисторы как объект контроля Высокий уровень параметров современных прецизионных резисторов, например, допускаемое отклонение сопротивления достигает значения 0,001 %, специфика технологии их производства и особенности применения оказывают определяющее влияние на требования, предъявляемые к контрольно-измерительному оборудованию (КИО), необходимому для обеспечения производства этих резисторов. Информация о вышеперечисленных факторах позволяет оптимальным образом определить метрологические характеристики КИО в сочетании с необходимой степенью автоматизации измерительных и вспомогательных операций и универсализацией функциональных возможностей. По этой причине необходимо провести систематизацию данных, характеризующих производство конкретных типов резисторов [1].
В настоящее время характеристики резисторов, в том числе и прецизионных, описываются несколькими десятками параметров [1]. Особый интерес, в основном, представляют пять параметров: допускаемое отклонение сопротивления; номинальная мощность рассеяния;
температурный коэффициент сопротивления; температура перегрева; уровень шумов резистора.
Первый из вышеперечисленных параметров - допускаемое уклонение сопротивления, является исходным для определения метрологических характеристик КИО [2]. Следующие три параметра накладывают требования на режим измерения, т.е. ограничивают сверху мощность электрического сигнала, которая может быть "рассеяна" на контролируемом резисторе зри выполнении измерительных операций при сохранении требуемой точности измерении. Уровень шумов резистора позволяет рассчитать нужный предел мощности электрического сигнала, рассеивающейся на контролируемом резисторе при измерении относительной разности сопротивлений (ОРС) или допускаемого отклонения сопротивления при требуемой точности измерений.
При измерении ОРС или допускаемого отклонения сопротивления резисторов, на точность измерения существенное влияние оказывают такие параметры, как температурный коэффициент сопротивления и температура перегрева контролируемых резисторов. Кроме того, широкий диапазон номинальных сопротивлений резисторов (особенно в сторону высоких номиналов) обуславливает существенное влияние собственных и внешних шумов и электромагнитных и электростатических помех, наличие которых диктует необходимость применения статистической обработки результатов наблюдений при выполнении измерении с целью снижения влияния случайных составляющих погрешности измерения [2, 3].
Если регистрация результатов наблюдений и их статистическая обработка производятся оператором в "ручном" режиме, то неизбежные "промахи" оператора полным весом влияют на точность измерений относительной разности сопротивлений или допускаемого отклонения сопротивлений прецизионных резисторов. Описанные факты позволяют сделать вывод о необходимости автоматизации процесса измерения допускаемого отклонения сопротивления при производстве резисторов.
Автоматизация измерительных операций позволит оптимизировать режим работы резистора в процессе контроля (особенно это касается его теплового режима) и статистическую обработку экспериментальных данных, что в конечном итоге даст возможность повышения точности измерений.
В течение технологического цикла изготовления прецизионных резисторов операция измерения допускаемого отклонения сопротивления используется от шести до десяти раз в зависимости от типа резистора, причем интервал времени: илу измерениями порядка 20 суток .Результатом должна быть, как правило, информация об измеренном значении
а не об его допускаемом
сопротивления резистора отклонении.
Таким образом, при решении задачи автоматизации измерения относительной разности сопротивлений прецизионных резисторов следует учитывать следующие основные факторы:
широкий диапазон номинальных сопротивлений резисторов;
высокие требования к метрологическим характеристикам КИО;
мелкосерийность производства контролируемых резисторов при большом количестве их типономи-налов;
многократность измерения действительного сопротивления прецизионных резисторов в процессе их изготовления.
Методы и средства измерения относительной разности сопротивлений
В [2] отмечалось, что разработка автоматизированного комплекса измерения ОРС необходима для обеспечения измерения допускаемого отклонения сопротивления высокопрецизионных резисторов. При этих условиях для реализации процедуры измерения ОРС предпочтительными являются методы,
которые позволяют снизить требования к метрологическим характеристикам средства измерения ОРС.
Одним из таких методов является дифференциальный или разностный метод измерения. Структурная схема реализации метода применительно к измерению ОРС приведена на рисунке 1. На первом этапе измерения на мере сопротивлений устанавливается величина, соответствующая номинальному сопротивлению контролируемого резистора Яя.
Затем устройство сравнения УС выделяет сигнал пропорциональный разности сопротивлений контролируемого резистора Ях и Яя.
Масштабный преобразователь (МП) преобразует этот сигнал в величину, пропорциональную
ЯХ~ ДЯу
5ЯХ =
Ях
Я
N
Я
N
Последняя измеряется измерительным прибором ИП. Если Ях и Яя. близки по значению, то к УС, МП и ИП предъявляются требования высокой чувствительности при сравнительно низкой точности (УС дополнительно должен иметь одинаковые коэффициенты передачи по входам Ях и Яя [3].
'х УС ДЯх = МП 5ЯХ = х х к* ИП п8Ях
] 1 RN 1
Мера 1 1
сопротивлении
Рисунок 1
Метод замещения (рисунок 2) позволяет обеспечить высокую точность и чувствительность из-
мерения при использовании в составе СИ высокочувствительных, но недостаточно стабильных преобразователей.
Рисунок 2
В первом такте коммутатор (К) подключает по входу измерительного прибора (преобразователя) ИП контролируемый резистор Ях. ИП измеряет входную величину Ях и результат измерения пЯх запоминается устройством обработки УО. Во втором такте К подключает ко входу ИП Яя, и операции первого такта повторяются в третьем такте. УО производит обработку двух результатов пЯх и пЯя и выдает результат измерения ОРС
пЪЯу = П'х -ПЯ
1N
1х
пЯ
N
И первый и второй методы при близости значений сопротивлений Ях и Яя позволяют свести погрешность измерения ОРС к погрешности меры сопротивления [3].
Обобщенная структурная схема автоматизированного комплекса измерения ОРС представлена на рисунке 3.
Устройство загрузки УЗ служит для пространственной ориентации контролируемых резисторов и
подключения их к входам коммутатора К который обеспечивает поочередное подключение резисторов ко входу измерительного прибора ИП. ИП осуществляет измерение относительной разности сопротивлений контролируемого резистора и меры сопротивлений (последняя в состав комплекса не входит). Устройство обработки информации УОИ (результатов измерений) производит учет поправок на действительное значение меры и при необходимости статистическую обработку результатов наблюдений [3]. Устройство регистрации информации УРИ отображает и хранит информацию о результатах измерения ОРС контролируемых резисторов и меры сопротивления в удобной форме. Устройство управления служит для синхронизации взаимодействия всех вышеперечисленных устройств.
Выводы
Практика выполнения операции измерения допускаемого отклонения сопротивления резисторов доказана необходимость задания теплового режима контролируемых резисторов.
Рисунок 3
По этой причине в состав комплекса должна входить термокамера ТК, поддерживающая в рабочем объеме нормальную температуру, например, +20°С. Особенности технологии производства, а также конструкции прецизионных резисторов позволяют сформулировать ряд требований к УЗ и УРИ. УЗ должно быть выполнено в виде сменных кассет. Резисторы должны загружаться в кассету оператором
вручную. Результаты измерений целесообразно выводить в виде электронной таблицы Excel или распечатанного на бумаге протокола.
ИП и ТК определяют, в основном, метрологические характеристики комплекса. Поэтому к выбору данных приборов необходимо подходить более тщательно.
ЛИТЕРАТУРА
1. Доросинский, А. Ю. Системы контроля параметров прецизионных резисторов / А. Ю. Доросинский, В.И. Андреев, Ю.В. Варламов // Надежность и качество : сб. тр. междунар. симп. : в 2 т. - Пенза : Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2009. - Т. 2. - С. 71-75.
2. Доросинский А.Ю. Информационно-измерительная система контроля параметров переменных резисторов / А.Ю. Доросинский, В.Г. Недорезов // Надежность и качество сложных систем. - 2015. - №1 (9).
- С. 91-96.
3. Березин М.Н. Автоматизированная установка для измерения относительного отклонения сопротивления и температурного коэффициента сопротивления/ Березин М.Н., Доросинский А.Ю. // Материалы для пассивных радиоэлектронных компонентов. Труды международной научно-технической конференции. - 2007.
- С. 226-230.
УДК 618
Чукарева М.М., Бадеева Е.А., Славкин И.Е., Дудоров Е.А.
ФГБОУ ВО « Пензенский государственный университет», Пенза, Россия
ВОЛОКОННЫЙ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА
СЕВЕРНОГО ЛЕДОВИТОГО ОКЕАНА
В последние годы активно ведутся исследования вод и глубин Мирового океана на предмет экологической обстановки. Наиболее интенсивно набирают обороты в мониторинге и контроле состояния вод Северного ледовитого океана (СЛО). Фиксируются изменения значения показателя средней температуры всей Земле, что приводит к необратимым изменениям и в самой холодной части Мирового океана, например, таянье ледников. К сожалению, контроль за данным процессом усложняется из-за влияния на датчиковую аппаратуру низких температур. Необходима разработка принципиально новых устройств, которые удовлетворяли бы всем требованиям предъявляемым к устройствам, применяемым в экстремальных условиях эксплуатации. Авторы данной статьи предлагают новую концепцию создания волоконного оптико-электронного датчика давления (ВОЭДД) с повышенными эксплуатационными и метрологическими характеристиками
Ключевые слова:
ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА, ВОЛОКОННЫЙ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЙ ДАТЧИК, ДАВЛЕНИЕ, НИЗКАЯ ТЕМПЕРАТУРА
Основанием к написанию данной статьи послужила необходимость повышения точности результатов измерений физических величин в условиях воздействия низких температур. Так исследования вод и глубин СЛО на предмет экологической обстановки и сейсмоактивности представляют собой актуальную научно-техническую задачу, имеющую важное социально-экономическое значение и позволяющую судить о современном состоянии и дальнейшем развитии глобальной климатической системы всей планеты. Сложные информационно-измерительные системы для исследования СЛО состоят из множества датчиков, подразумевающих возможность измерения большого количества различных физических величин: температура, скорость потока, соленость (электропроводность) морской воды, наиболее важным показателем является давление. Однако все устройства, входящие в состав ИИС, объединяет одна серьезная проблема: сильное влияние низких температур.
Так точное измерение физических величин в сложных климатических условиях СЛО затруднено из-за:
- образования ледяной корки на поверхности чувствительных элементов датчиков;
- изменения мощности и смещения спектральной характеристики полупроводниковых излучающих и приемных устройств (свето- и фотодиодов);
- нелинейных процессов в оптической системе оптоэлектронных датчиков (ОЭД) или волоконно-оптических датчиков (ВОД).
Для современных информационно-измерительных систем (ИИС) характерны следующие требования перед датчиковой аппаратурой: улучшенные метрологические и эксплуатационные характеристики, большой срок эксплуатации, малые массо-, габаритные параметры, низкое электропотребление, механическая прочность, безаварийность и т.д. Все эти требования должны быть максимально удовлетворены, как в случае проведения измерений в нормальных условиях, так и при испытаниях в жестких эксплуатационных условиях. Поэтому ИИС нового поколения на отечественных инженерно-технических объектах, занимающиеся исследованием СЛО в сложных условиях, требуют разработки и совершенствования технологических процессов и процедур изготовления датчиков и систем на основе их.
Решение данной проблемы лежит на пути создания новых ИИС на базе высокопрочных волоконных
