CC BY
9МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ДВУХКОМПОНЕНТНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
МЕХАНИЧЕСКИХ СИЛ
Багижев В.В. ([email protected])
Уфимский государственный нефтяной технический университет
Развитие автоматизированных систем управления технологическими процессами [1-3], всё чаще накладывают требования к повышенной информативности информационно-измерительных средств (ИИС).
Таким образом, в последнее время проявляется возрастающая тенденция проектирования многокомпонентных преобразователей механических сил в электрический сигнал [3, 4].
Основной проблемой при проектировании новых измерительных преобразователей (ИП) является проведение исследования, поскольку качество ИИС во многом определяется метрологическими и эксплуатационными характеристиками применяемых в них датчиков [5].
Согласно [5], существуют три способа получения многокомпонентного преобразователя механических сил (рисунок 1 ):
а) объединением нескольких однокомпонентных преобразователей, измеряющих каждый свою компоненту (рисунок 1а);
б) «настоящий» многокомпонентный датчик, у которого каждый выходной канал информирует о соответствующей измеряемой компоненте (рисунок 1б);
в) датчик, у которого для определения измеряемых компонент необходимо вычислительное устройство (рисунок 1в).
Исследование свойств ИП первого типа, как правило не вызывает затруднений, поскольку можно исследовать каждый однокомпонентный датчик в отдельности.
Исследование многокомпонентных датчиков второго и третьего типа вызывают определённые затруднения.
в)
Рисунок 1 - Виды построения многокомпонентных преобразователей механических сил
Например, схема, при которой происходит исследование влияния компонент в отдельности, то есть неисследуемая компонента равна нулю (не учитывается), не вызывает затруднений.
Однако, при проектировании новых устройств необходимо устанавливать связь исследуемой и неисследуемой компонент на результаты измерения последних.
Теоретические исследования двухкомпонентного магнитоанизотропного преобразователя механических сил [6] показали, что эта связь существует и не учитывать её нельзя.
Основной проблемой экспериментального исследования двухкомпонентных преобразователей механических сил является необходимость нагружения последних независимыми компонентами.
Вариантом решения данной проблемы может служить устройство представленное на рисунке 2.
2
Рисунок 2 - Общий вид конструкции для проведения исследований двухкомпо-нентных преобразователей механических сил
1-неподвижная опора пресса; 2-подвижная опора пресса; 3-исследуемый датчик сил; 4-коромысла; 5-шарики; 6-подкладки; 7-углубление для установки шариков.
Устройство состоит из коромысел, распределяющих силу ¥ воздействия пресса, на две составляющие компоненты и и передающих на чувствительный элемент преобразователя через шарики и подкладки.
Основа методики проведения исследований двухкомпонентных преобразователей механических сил заключается в одновременном нагружении чувствительного элемента
преобразователя обоими измеряемыми компонентами, за счёт установки под определённым углом а преобразователя. При этом, в методике не учитываются изменения влияющих параметров, таких как температура, значение тока возбуждения и его частота, и т.п.
Последовательность проведения исследований описана ниже (для определения исследования статической характеристики преобразования - СХП).
1. Исходя из диапазонов измерения компонент ^Х и ¥Ъ строится сетка (рисунок 3), следующим образом: в двухкоординатном поле по осям откладываются доли от максимального значения соответствующей компоненты. Например, допустим компоненты равны и соответственно количество долей тоже равно, возьмём по 14 долей в каждой компоненте. По каждой доле строится сетка, состоящая из вертикальных и горизонтальных линий. Затем, для каждой доли выбираются точки пересечения горизонтальных и вертикальных линий. Через эти точки проводятся прямые линии (рисунок 3, жирные линии от а до к). Каждая линия находится под определённым углом а относительно вертикальной оси
2. Угол а соответствует углу установки устройства приведённого на рисунке 2. Точки пересечения (на рисунке 3 выделены пожирнее) определяют доли компонент при которых необходимо производить измерения выходных ЭДС.
3. В результате измерений получится матрица значений ЭДС, в зависимости от долей измеряемых компонент и ¥Ъ
4. По полученной матрице значений, определяющих точки кривой (рисунок 4, трассировка показана сплошными линиями), путём аппроксимации [7, 8] неизвестных точек (трассировка показана пунктирными линиями) строится СХП для фиксированного значения неизмеряемой компоненты. Статистическая обработка результатов измерений должна производиться до аппроксимации кривых СХП.
Максимальное значение силы ¥ сжатия и угол установки пресса определяется из выражений
Ъ.
(1)
где а - угол между осью нагружаемой силы ¥ и измеряемой компонентой ¥Ъ.
г
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 *
Рисунок 3 - Сетка долей измеряемых компонент (X) и
Ей
41
______I__I_I_I__I_I_I_I_^
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Р
Рисунок 4 - Кривая, построенная по найденным точкам с аппроксимацией
Результатом исследования двухкоординатного магнитоанизотропного преобразователя механических сил [9] стали кривые поверхностей статических характеристик преобразования представленные на рисунке 5. Здесь явно проявляется влияние неисследуе-мой компоненты на результат исследуемой компоненты, что ещё раз экспериментально подтверждает необходимость учёта изменения всех измеряемых компонент.
Исследования двухкомпонентного магнитоанизотропного преобразователя механических сил [6] показали, что эта связь существует и не учитывать её нельзя.
а) б)
Рисунок 5 - Поверхность изменения статической характеристики преобразования полученная при экспериментальном исследовании ДКМАПС
а) ЭДС EX обмотки WX измерения компоненты FX; б) ЭДС EZ обмотки WZ измерения компоненты
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1) Девид Патрик Мэрфи. Shell E&P Technology Co., Хьюстон. Что нового в системах измерения параметров в ходе бурения (MWD) и оценке параметров продуктивного пласта //Нефтегазовые технологии.- 1998.- № 4.- С. 53.
2) Колесников Н.А., Григулецкий В.Г., Горин Г.И. Современные проблемы бурения нефтяных и газовых скважин //Журнал Нефть и Газ /Известия Вузов.- 1991- № 1- С. 37.
3) Латыев С.М., Дич Л.З., Маламед Е.Р. Двухкоординатный датчик и прецизионный стол на его основе //Журнал Нефть и Газ /Известия Вузов.- 1994.- № 11.- С. 71; № 12.- С. 70.
4) Азаров В.Н., Каперко А.Ф. Анализ состояния, тенденции развития и новые разработки датчиков и преобразователей информации систем измерения, контроля и управления //Измерительная техника /Известия Вузов.- 1998.- № 1.- С. 3.
5) Проектирование датчиков для измерения механических величин /Под ред. Е.П.Осадчего.- М.: Машиностроение. 1979.- 478 с.
6) Ураксеев М.А., Багижев В.В. Программа инженерного расчёта ДКМАПС /Рекламно-техническое описание программы. М.: ВИНИТИ, 2000.- 1 с., № 50200000039 от 10.02.2000 г.
7) Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров.- 5-ое изд.- М.: Наука, 1984.- С. 683.
8) Умергалин Т.Г. Основы вычислительной математики. Теория. Алгоритмы. Примеры.- Уфа: Уфимский нефтяной институт, 1988.- С 15.
9) Багижев В.В., Альмухаметов А.А. ДКМАПС для систем управления технологическим оборудованием //Тезисы докладов международной электронной научно-технической конференции «Автоматизация и информатизация в машиностроении».- Тула, 2000.- http: www.tsu.tula.ru/win/aim/win/catalog_r.htm.
