CC BY
9
12. Хлопов, Б.В. Устройство стирания записи на магнитном носителе [Текст] / Б.В. Хлопов, М.В. Фесенко // Патент на изобретение №2368020 от 20.09.2009г. (приоритет от 30.01.2008г). Бюл. № 26.
13. Хлопов, Б.В. Влияние экранирования при воздействии импульсных магнитных полей на жесткие магнитные носители информации [Текст] / Б.В. Хлопов, М.В. Фесенко, С.В. Герус, А.Ю. Митягин, А.А. Соколовский, М.П. Темирязева // Труды XV Международная научно-техническая конференция «ВЫСОКИЕ ТЕХНОЛОГИИ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ РОССИИ», М., 2009, - С. - 223-227.
Abstract
On hard magnetic disks (HDD) and technological processes of their development of the enterprise, manufacturers refer magnetic properties of thin-film materials of modern carriers to a commercial property and keep a secret. Having carried out researches of magnetic properties of thin-film materials of modern hard magnetic disks it is possible by means of a visual method of nuclear power microscopy (ASM), to define value of magnetization of saturation of a magnetic material. Depending on structure of a material it is magnetized a most of saturation of thin-film samples changes largely - from 300 to 786 kA/m [1]. Coercive force of a material, the prima as a working layer, depends on its structure, from properties of a substrate, existence a pro-boundary path of exact layers and technology of its manufacturing [2]. Necessary conditions, for development of devices of reliable deleting of information from modern HDD, are based on criteria, impossibility of recovery of information known methods in time at which it doesn't lose the urgency. It means that criteria of a choice of parameter of value of intensity of the erasing magnetic field, presented in this article for impacts on HDD constant, variation and pulse fields, guarantee reliable deleting of information when using in development of devices of emergency deleting of information.
Keywords: pulse magnetic field, magnetic disk, coercive force of material, nuclear power microscopy, magnetization of saturation, magnetic relief, guaranteed deleting of information
-□ □-
Видшено та проаналiзова-но основт складовi похибки вимiрювання вологостi газу, здшснено оцтку помилок пер-шого i другого роду та визна-чено вiрогiднiсть автомати-зованого контролю вологостi природного газу
Ключовi слова: видносна волог^ть, контроль, похибка
вимiрювання
□-□
Выделены и проанализированы основные составляющие погрешности измерения влажности газа, проведена оценка ошибок первого и второго рода и определена вероятность автоматизированного контроля влажности природного газа
Ключевые слова: относительная влажность, контроль, погрешность измерения
-□ □-
УДК 621.311.25
АНАЛ1З ПОХИБОК АВТОМАТИЗОВАНОГО КОНТРОЛЮ ВОЛОГОСТ1 ПРИРОДНОГО ГАЗУ
Й.Й. Б^линський
Доктор техычних наук, професор Кафедра електрошки* Контактний тел.: (0432) 59-83-14 E-mail: Yosyp.bilynsky@yandex.ua О.С. Городецька Кандидат техычних наук, доцент Кафедра телекомушкацтних систем i телебачення* Контактний тел.: 066-724-31-54, (0432) 59-83-58 E-mail: horodecka.os@gmail.com С. С. Б i л о ш ку рс ь к и й * Контактний тел.: 093-575-22-21 E-mail: sseerrgg99@gmail.com Кафедра автоматики та iнформацiйно-вимiрювальноT техшки* *Вшницький нацюнальний техшчний уыверситет вул. Хмельницьке шосе, 95, м. Вшниця, УкраТна, 21021
1. Вступ
Волопсть повггря е одним з параметрiв, яю визна-чають самопочуття людини i умови комфорту чи дис-
комфорту. Разом з тим, волопсть технолопчних газiв (повиря, азот, аргон, кисень, водень i т. д.), що викори-стовуються в рiзних галузях промисловосп i альсько-го господарства виршальним чином впливае на яюсть
©
(а часто i юльюсть) продукцii, що випускаеться. Тому задача вимiрювання вологосп газiв е досить пошире-ною iактуальною.
2. Аналiз лггературних даних
Як показав аналiз науково-технiчноi лiтератури [1-2], на сьогоднiшнiй день найб^ьше застосування знаходять такi види датчиюв вологостi газiв: емнiснi, електропровщш, термисторнi та датчики температури точки роси (рщка та газова фази води знаходяться в рiвновазi). В останнш час все бiльш поширеними стають аналiзатори на основi спектрометрiв, бiльшiсть яких працюе в шфрачервонш областi. Особливiсть iн-фрачервоного спектра полягае в тому, що поглинання випромiнювання залежить не пльки вiд всiеi моле-кули в щлому, але й вщ наявностi в нiй певних груп атомiв, навiть окремих зв'язюв мiж атомами [2].
3. Матерiали та результати дослщжень
Запропоновано шфрачервоний двоканальний ана-лiзатор вологостi газу з використанням оберненого зв'язку, який детально описаний в роботах [3-4].
Метою даноi роботи е аналiз похибок вимiрювання вологоси природного газу.
На точшсть вимiрювального перетворення воло-гостi газу впливають рiзнi фактори. Сумарна похиб-ка вимiрювання - це функщя вiд багатьох змшних 8^ = f(81,82,...,8П) й для врахування вах похибок не-обхiдно проаналiзувати механiзм i причини iх виник-нення. Основнi похибки, що виникають пiд час вимь рювального перетворення, за мiсцем '¿х виникнення можна роздiлити на такк
- похибка давача температури 8Т , яка вказуеться виробником;
- похибка встановлення положення й розмiрiв сви-лового потоку 8рсв ;
- похибка видiлення ширини спектрального штер-валу свiтлодiода, яка вказуеться виробником 80 х ;
- похибка перетворення приймача випромшюван-ня 8фп, яка вказуеться виробником;
- похибки аналого-цифрового перетворення 8АцП ;
- iншi похибки рiзноманiтного походження та де-стабiлiзуючi фактори навколишнього середовища.
Отже, загальна шструментальна похибка буде мати вигляд:
8, = ^82т + 8
+ 8П1 + 8, + 8ДТТП. р.св и.^ фп АЦП
газу); похибка 8ф, що виникае через виключення iз розрахункiв показника розсiювання випромiнювання (пов'язана з явищем флуоресценцii молекул газу, а також зменшуеться довжина шляху пучка випромшю-вання в оптичному первинному перетворювачг, похибка 8б , що з'являеться внаслiдок вщхилення вiд закону Бугера, який лежить в основi методу iнфрачервоноi абсорбцiйноi спектроскопii. Таке вiдхилення спостерь гаеться лише в тих випадках, коли тривалшть збудже-ного стану молекул поглинаючоi речовини велика. Але на практищ вiдхилення викликаються взаемодiею мiж собою молекул поглинаючого середовища, а це призво-дить до змiни коефiцiента поглинання.
Таким чином, загальна методична похибка:
8м = ^М.м+8£ + 8ф + 8Б.
(2)
(1)
Пiдставивши орiентовнi значення похибок, якi взят iз паспортних даних окремих структурних блоюв, отримаемо значення похибки, яка становить 1,9%.
Методичш похибки виникають через недоско-налiсть методу вимiрювання та наближень, що до-пускаються при проектуваннi засобу контролю. До методичних похибок вщносяться: похибка 8мм вимь рювального перетворення математичноi моделi переносу вимiрювання через первинний перетворювач; похибка 8^ вибору характеристичноi довжини хвилi, на якiй буде проводитись вимiрювання (оцiнюеться залежно ввд вигляду спектру поглинання вибраного
Поставивши вiдповiднi значення похибок, отримаемо значення методичноi похибки - 0,34%.
Загальна похибка вимiрювань дорiвнюе сумi ш-струментальних i методичних похибок i складае 2,24%.
Зрозумiло, що кожна шструментальна i методична похибка мктить у своему складi, крiм фiксованоi статично^ ще й випадкову складову. Поява випадкових похибок тд час вимiрювання i контролю вологосп рядом факторiв, а саме: можливими флуктуащями густини середовища, рiзкоi змши зовнiшньоi температури, тиску природою дослвджуваному об'екту та iн.
Одшею з найбiльш суттевих похибок при викори-станнi АЦП е похибка квантування або похибка одного вщлжу. Цю похибку неможливо вилучити, осюльки вона е невщ'емною частиною процесу перетворення. Вона складаеться з похибки цифрового представлен-ня, що обумовлена наявшстю квантування за рiв-нем (кшцева кiлькiсть дозволених рiвнiв сигналу) та iнструментальноi похибки АЦП. 1нструментальна похибка зумовлена наявнiстю шумiв та випадкових завад як у вхщному сигнал^ так i у вузлах АЦП, що виникають в процеа виготовлення та експлуатацп.
Виникнення цiеi похибки обумовлене багатьма факторами та и закон розподiлу наближаеться до нормального. В подальшому, для спрощення розрахунюв, будемо вважати, що шструментальна похибка вщсут-ня. Похибка квантування 50 при великiй юлькост розрядiв вихiдного коду може бути описана прямокут-ним законом розподшу (закон рiвномiрноi щiльностi), що вщповщае рiвнiй щiльностi ймовiрностi похибки квантування в межах ±Ь/2, де Ь - крок квантування. Значення кванту жорстко пов'язане з максимальним значенням вхщно' напруги АЦП та юльюстю двшко-
вих розрядiв АЦП
—0т
Ь = -^, (3)
де п - кiлькiсть розрядiв АЦП;
—0тах - максимальне значення вхiдноi напруги АЦП.
Якщо максимальному значенню вхiдноi напруги АЦП —0тах вiдповiдае максимальне значення воло-гостi Нтах, яке можна вимiрювати даним засобом, то можна записати вираз для абсолютноi похибки визна-чення вологостi, що зумовлена квантуванням вихщ-ного сигналу
Я - Нах
0D - 2П+1
(4)
Для 10-розрядного АЦП похибка квантування до-рiвнюe 0,1%.
Закон розподшу похибки, яка зумовлена кван-туванням вихiдного сигналу [5], описуеться таким виразом:
1 2П = Ь = , 0D е
Н„„„ Н
2п+1 ' 2п+1
(5)
Амплiтудно-частотному перетворенню властива похибка квантування, що виникае при перетворенш аналогово! величини в дискретну. Похибка квантування розглянута вище при дослвдженш похибки АЦП.
Серед шших незалежних випадкових факторiв рiз-номанiтного походження, що впливають на сумарну похибку вимiрювання вологостi газу, не можна вид^и-ти домшуючого. До них можна вiднести такк
- оптичнi аберацп в головнш лiнзi;
- похибка фокусно! ввдсташ оптично! системи;
- похибка центрування оптично! системи;
- похибка тдсилення вихiдно'i напруги;
- нестабiльнiсть джерела випромшювання;
- електричнi та електромагштш завади, що впли-вають на компоненти електрично! схеми.
Тодi, зпдно з центральною граничною теоремою [6], коли юльюсть незалежних випадкових завад велика, маемо нормальний закон розпод^у загально! похибки вимiрювання вiд випадкових завад з нульовим матема-тичним очжуванням, який описуеться виразом
нормального розпод^у, який описуе дiю випадкових завад, не вщомь Тому, зпдно з рекомендащями [5], доцiльно розглянути три випадки, кожний з яких вiдрiзняеться спiввiдношенням СКВ вiдомого закону розпод^у до СКВ невiдомого закону розпод^у. Тоб-то розглядають випадки, коли значення СКВ закону розподiлу, параметри якого не вщом^ суттево вiдрiз-няеться у менший бiк, бiльший бж та спiвпадае з СКВ закону, параметри якого вщомь
Закон розподшу загально! похибки вимiрювання вологостi е композищею законiв розподiлу похибки квантування та похибки, що зумовлена рiзноманiтни-ми випадковими завадами. Вш визначаеться як згорт-ка законiв розподшу складових загально! похибки [5] за формулою
Р(У)- | Р1(У-х)■ P2(X)dX,
(7)
де р(у) - результуючий закон розподiлу (згортка); Р1(х) та р2(х) - початковi закони розпод^у. Запишемо аналiтичний вираз для виконання ще! операцi'!
р(8 з ) = Р(8гв) = Р(8Г>-р(8с) =
2П
Н
} ехр
(8Г -8С)2
2 о
(8)
dS„
де р(8з) - загальний закон розподшу похибки ви-мiрювання вологостi;
р(0л) - композицiя нормального закону розподi-лу з прямокутним.
Р(0Г)-
1
ехр
2о2
де 0Г - похибка вимiрюван-ня вологостi, що зумовлена дiею випадкових завад;
ог - значення СКВ ще! по-хибки.
Аналiзуючи описане вище, можна видiлити таю складо-вi частини загально! похибки вимiрювання вологостi, якi суттево впливають на результат i повиннi бути врахованi обов'язково:
- похибка квантування (закон розподiлу похибки -прямокутний);
- похибка вимiрювання вологоси, що зумовлена дiею випадкових завад (закон роз-подiлу похибки - нормальний з нульовим математичним очь куванням).
Параметри прямокутного розпод^у можуть бути роз-рахованi за формулами для конкретного значення розряд-носи АЦП (використано 10-ти розрядний АЦП), а параметри
а) б)
2001
1501
в)
Рис. 1. Композицiя законiв розподiлу похибки квантування та похибки, зумовлено! випадковими факторами: а) ог >> oD , б) ог ~ oD , в) ог << oD
о
Для чисельного розв'язку штегралу (8) та побудови графтв використано математичне середовище Maple 10 (рис. 1).
На рис. 1 наведен залежноси 8э загального закону розподiлу похибки вимiрювання вологостi для трьох випадкiв, яю вiдрiзняються ступенем впливу випад-кових завад: or >> oD , or ~ oD , or << oD .
Розглянуто помилки контролю вологосп природного газу, що виникають при використання розробле-ного оптико-електронного засобу контролю вологость Отримано аналiтичнi вирази та залежносп помилок першого i другого роду вiд середньоквадратичного вщ-хилення похибки вимiрювання вiдносноi вологость
Розрахунки проводились за таких початкових зна-чень: контрольнi прирости полiв допуску за нижньою та верхньою межами дорiвнюють нулю, поле допуску АС=0,1Со, середньоквадратичне вiдхилення центрова-ного значення вологосп оС=0,4229 Со т.р.
Шдставляючи визначенi параметри у формули для розрахунку помилок контролю першого та другого роду та розв'язавши iх за допомогою математичного пакета Maple, отримано залежност помилок першого та другого роду вщ середньоквадратичного вщхилен-ня похибки вимiрювання вiдносноi вологостi.
4. Висновки
За результатами проведених дослщжень можна зробити таю висновки.
1. Вид^ено основш складовi iнструментальноi похибки (похибка АЦП, похибка амплиудно-частот-ного перетворення, похибка вщ дii шших впливiв). Встановлено, що вони мають випадковий характер. Знайдено композицiю законiв розподшу для видше-них складових випадковоi похибки.
2. Оцiнено можливi значення шструментальних та методичних похибок вимiрювань концентрацii газiв за допомогою розробленого засобу. Встановле-но, що загальна похибка вимiрювань не перевищуе 2,24%.
3. Дослщжено характеристики змiни помилок контролю першого i другого роду, отримаш залеж-ностi для розрахунку вiрогiдностi контролю воло-гостi.
Встановлено, що шд час контролю вологостi природного газу помилка контролю першого роду стано-вить а=0,05604, помилка другого роду - в = 0,000368. Загальна ймовiрнiсть прийняття вiрного рiшення становить 0,9435.
Лиература
1. Андр11шин, М.П. Вим1рювання витрат та галькост газу: Довщник [Текст] / М.П. Андрйшин, С. О. Каневський, О. М. Карпаш [та ¡и.]. - 1вано-Франювськ: ПП «Омик», 2004. - 160 с.
2. Берлинер, М. А. Измерения влажности. [Текст] / М. А. Берлинер. - М.: Энергия, 1973. - 400 с.
3. Бшинський, Й. Й. Математична модель анашзатора вологост природного газу [електронний ресурс] / Й. Й. Бшинський, В. В. Онушко // Науков1 пращ ВНТУ - 2010.-№4. - Режим доступу до журн.: http://www.nbuv.gov.Ua/e -jornals/VNT—/2010-4Zuk.htm.
4. Бшинський, Й.Й. Двоканальний анашзатор вологост газу та досладження його статичних метролопчних характеристик [Текст] / Й.Й. Бшинський, О.С. Городецька, В.В. Онушко, Б.П. Книш // Вюник Вшницького полiтехиiчиого шституту. - 2011. - №3. - С. 222-228.
5. Володарський, 6.Т. Метролопчне забезпечення вимiрювань i контролю. Навчальний поабник [Текст] / 6.Т. Володарський, В.В. Кухарчук, В.О. Поджаренко, Г.Б. Сердюк. - Вшниця: Велес, 2001. - 219 с.
6. Дунаев, Б.Б. Точность измерений при контроле качества [Текст] / Б.Б. Дунаев. - К.: Техшка, 1981. - 152 с.
Abstract
The article provides further study of the suggested two-channel analyzer of moisture of natural gas using feedback. The main goal is the analysis of measurement errors and evaluation of the possible control of moisture of natural gas. The article highlighted the main components of instrumental and methodological errors of measurement. A composition of distribution laws for selected components of random error was determined and an overall error of measurement was estimated. The errors of the first and the second kind were estimated and the probability of automated control of moisture of natural gas was defined. The suggested moisture analyzer with two-wave system can reduce a measurement error due to lack of necessity of the additional measurements of molar masse of the examined gas and its pressure. On the basis of the research of a model of the analyzer of moisture of natural gas, we can conclude whether it meets the requirements, as the developed analyzer allowed us to increase the susceptibility and reliability of control due to the linearization of the transformation function. This means that the developed analyzer can be used to create an experimental sample of contactless control of moisture on stream Keywords: relative moisture, control, measurement error
