Повышение точности автогенераторного измерителя веса тестовым методом Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 681.518+621.373

С.1. КОНДРАШОВ, д-р техн. наук, проф., зав. каф., НТУ "ХШ",

О.В. ГУСЕЛЬН1КОВ, асп., НТУ "ХШ"

ЩДВИЩЕННЯ ТОЧНОСТ1 АВТОГЕНЕРАТОРНОГО

ВИМ1РЮВАЧА ВАГИ ТЕСТОВИМ МЕТОДОМ

В статт розглянуто використання тестового методу пiдвищення точности автогенераторного вимiрювача ваги. Наведенi структурна схема та алгоритм роботи вимiрювача ваги. Розглянутий алгоритм реалiзащl тестового методу. 1л.: 1. Бiблiогр.: 10 назв.

Ключов1 слова: тестовий метод шдвищення точности, автогенераторний вимiрювач

ваги.

Постановка проблеми та анал1з л1тератури: Широке використання вим1рювач1в ваги у промисловосл, побуп, медициш [1] висувае шдвищеш вимоги до 1х варпсних, експлуатацшних та метролопчних характеристик [2, 3]. При цьому вих1дний сигнал таких прилад1в в багатьох випадках необхвдно отримати в цифровш форм1 для можливосп його передач1 1 подальшо! обробки на ЕОМ [4]. В1дом1 на сьогодш високоточш вим1рювач ваги мають так1 недол1ки як: висока вартють та складнють конструкци.

Одним з ефективних вар1анпв шдвищення точносп е тестов1 методи [5, 6], але 1х використання без значного ускладнення конструкци та алгоритму роботи вим1рювача можливо за умови лшшного зв'язку м1ж вим1рювальною величиною та вихвдним сигналом приладу.

Мета статт1 - шдвищення точносп автогенераторного вим1рювача ваги без значного ускладнення його конструкци та алгоритму роботи за допомогою тестового методу.

Автогенераторний вим1рювач ваги. Розроблено автогенераторний вим1рювач ваги (ВВ) [7, 8, 9], що мае лшшну характеристику перетворення. Вим1рювач, структурна схема якого наведена на рис. 1, складаеться з: автогенераторного датчика АГД, мжроконтролера (МК), в1дл1кового пристрою (ВП). АГД включае в себе два щентичш канали: вим1рювальний та компенсацшний. Вим1рювальний канал складаеться з чутливого елементу (ЧЕ1) - балки р1вного перетину, яка в свою чергу е частиною емшсного первинного перетворювача (11111), що включений у ЬС-контур автогенератора АГ1. Компенсацшний канал складаеться з

© С.1. Кондратов, О.В. Гусельнжов, 2014

идентичных емшсного перетворювача (III12) та автогенератора АГ2.

Рис. 1. Структурна схема автогенераторного витрювача ваги

Вим1рювач працюе наступним чином: при ввдсутносп на вход1 ВВ вим1рювально! величини (P = 0) АГД виробляе однаков1 вихвдт частотш сигнали

f1 = f2 = f0 =

1

2^ LC0

(1)

Змша вхщного сигналу (P Ф 0) викликае зшну положення ЧЕ1, а отже i зшну емносп C0 ПП1 на AC, та ввдповщно зшну вихвдного частотного сигналу вимiрювального каналу АГД:

fi =

1

2ж^ L(C0 +AC) f2 = f0,

= fo (1 + KP)

0,5

(2)

де K =

A^

ЖР

- сумарний коефiцiент перетворення ЧЕ1 та ПП1.

Далi вихiднi сигнали f1 i f2 вимiрювального АГ1 i опорного АГ2 автогенераторiв подаються на перший та другий частотнi входи МК [10], де формуеться штервал часу t, що заповнюеться шпульсами з частотою f , отриманою вщ опорного генератора, до досягнення, заздалецдь встановленого в пам'ягi МК, числа N0, далi за сформований iнгервал часу t1 щдраховуеться юльюсть шпульсш, що надiсланi на вхщ 2 МК з частотою f2

N1 =tf = N „f-f

(3)

Число мпульсш N збериаеться у пам'ят1 МК, тсля чого формуеться часовий штервал г2, який заповнюеться шпульсами з частотою / до досягнення збереженого у пам'ят1 МК значення N

—1 —?

т2 = 1 = М0/х 2/ . (4)

Часовий штервал г2 збериаеться у пам'яп МК, тсля чого пщраховуеться юльюсть шпульсш N 2, що наделат на 1-й вхщ МК з частотою /2 за штервал часу 12:

—? ?

N2 =х2/2 = N0/! 2/2 . (5)

Число шпульсш N2 збериаеться у пам'яп МК.

Дал1 в блощ обчислення МК виконуеться формування вих1дного сигналу датчика у вигляд1 числового коду NР, що лшшно залежить вщ вим1рювально! ваги Р наступним чином:

МР = N2- N0 = М0/{2/2-М0 = N0 /2 (/о (1 + КР)-05 У -1) = М0КР. (6)

Тестовий метод тдвищення точность Експериментальт дослщження показали, що результуюча похибка ВВ мае значив адитивт (А^) 1 мультиплшативт (5^) складов!, для зменшення яких використаний тестовий метод.

Алгоритм тестового методу наступний: при да витрювано! ваги Р на ЧЕ формуеться вихщний сигнал ВВ у вигляд числового коду

N1 = КР(1 + 51М )+А1л. (7)

Цей сигнал зберцаеться в пам'яп МК. Дал до витрювано! ваги Р ,

додаеться вага еталонно! гир1 АР та формуеться вихщний сигнал ВВ (адитивний тест)

N2 = К(Р + АР)(1 + 5Ж ) + А^ . (8)

ППсля цього чутливють ВВ змшюеться в А разш 1 формуеться вихщний сигнал (мультиплшативний тест)

N3 = ЛКР(\ + 5^м ) + А^ . (9)

Сформоваш сигнали збершаються в пам'яп МК.

За результатами проведених ви]шрювань в МК складаеться та вирiшуeться система з трьох piB^Hb:

N = KP(1 + 8^ ) + ДЕа,

■N2 = K (P + ДР)(1 + 8Ем ) + ДЕа, (10)

N3 = AKP(1 + 81м ) + ДЕа.

Ршення цiеï системи р1внянь дозволяе виразити результат вимipювання як

p_N3 - N1 ДР N - ЩА -1

(11)

Як видно з останнього р1вняння застосування сумiсного (адитивного i мультиплшативного) тестового методу дозволяе зменшити адигивт i мультиплшативт складовi похибки до незначних величин. Похибка результату в основному визначаеться похибкою тестових сигналiв, значення яко1 набагато менше результуючо1 похибки вимрювача ваги до застосування теспв.

Висновки. Розроблений ВВ, до застосування тестового методу, в дапазот (0,01 ^ 0,1) Н мав похибку вимipювання 2%. Застосування тестового методу зменшило результуючу похибку ВВ до 1%.

Список лиератури: 1. Туричин А.М. Элетрические измерения неэлектрических величин. Изд. 5-е, перераб. и доп. / А.М. Туричин, П.В. Новицкий. - Л.: "Энергия", 1975. - 576 с. 2. Левшина Е.С. Электрические измерения физических величин: (Измерительные преобразователи): учеб. пособие для ВУЗов. / Е.С. Левшина, П.В. Новицкий. -"Энергоатомиздат". Ленингр. отд-ние, 1983. - 320 с. 3. Евтихеев Н.Н. Измерение электрических и неэлектрических величин: учеб. пособие для ВУЗов / Н.Н. Евтихеев, Я.А. Купершмидт, В.Ф. Папуловський, В.Н. Скугоров // Под ред.. Н.Н. Евтихеева. - М.: "Энергоатомиздат", 1990. - 352 с. 4. Новицкий П.В. Цифровые приборы с частотными датчиками / П.В. Новицкий, В.Г. Кнорринг, В.С. Гутников. - Л.: "Энергия", 1970. - 424 с. 5. Бромберг Э.М. Тестовые методы повышения точности измерений / Э.М. Бромберг, К.Л. Куликовский. - М.: "Энергия", 1978. - 176 с. 6. Кондрашов С.1. Методи шдвищення точност систем тестових випробувань електричних вимцрювальних перетворювач1в у робочих режимах. Монограф1я / С.1. Кондрашов. - Харгав: НТУ "ХП1", 2004. - 224 с. 7. Пат. 59973 UA. Автогенераторний вимцрювач ф1зичних величин / О.В. ГусельшкоЖ; заявник i патентовласник О.В. Гусельшков (UA), опубл. 10.06.2011. 8. Кондрашов С.И. Метод построения универсальных преобразователей физических величин с частотным представлением измерительной информации / С.И. Кондрашов, О.В. Гусельшков // Украинский метрологический журнал. - 2011. - № 2. - С. 55-58. 9. Кондрашов С.1. Автогенераторний перетворювач ф1зичних величин / С.1. Кондратов, О.В. Гусельшков // Метролопя та вимцрювальна техшка (метролопя 2010): 7 Мшнар. науково-техн. конф, 12-14 жовт. 2010 р.: тез. допов / ННЦ "Ин-т Метрологи". -Харюв, 2010. - Т. 2. - С. 337-340. 10. ШпакЮА. Программирование на языке С для AVR и PIC микроконтроллеров / Ю.А. Шпак. - К..: "МК- Пресс", 2006. - 400 с.

Bibliography (transliterated): 1. Turichin A.M. Jeletricheskie izmerenija nejelektricheskih velichin. Izd. 5-e, pererab. i dop. / A.M. Turichin, P.V. Novickij. - L.: "Jenergija", 1975. - 576 s. 2. Levshina E.S. Jelektricheskie izmerenija fizicheskih velichin: (Izmeritel'nye preobrazovateli): ucheb. posobie dlja VUZov / E.S. Levshina, P.V. Novickij. - "Jenergoatomizdat". Leningr. otd-nie, 1983. - 320 s. 3. Evtiheev N.N. Izmerenie jelektricheskih i nejelektricheskih velichin: ucheb. posobie dlja VUZov / N.N. Evtiheev, Ja.A. Kupershmidt, V.F. Papulovs'kij, V.N. Skugorov // Pod red. N.N. Evtiheeva. - M.: "Jenergoatomizdat", 1990. - 352 s. 4. Novickij P. V. Cifrovye pribory s chastotnymi datchikami / P.V. Novickij, V.G. Knorring, V.S. Gutnikov. - L.: "Jenergija", 1970. -424 s. 5. Bromberg JeM. Testovye metody povyshenija tochnosti izmerenij / JeM. Bromberg, K.L. Kulikovskij. - M.: "Jenergija", 1978. - 176 s. 6. Kondrashov S.I. Metodi pidvishhennja tochnosti sistem testovih viprobuvan' elektrichnih vimirjuval'nih peretvorjuvachiv u robochih rezhimah. Monografija / S.I. Kondrashov. - Harkiv: NTU "HPI", 2004. - 224 s. 7. Pat. 59973 UA. Avtogeneratornij vimirjuvach fizichnih velichin / O.V. Gusel'nikov, zajavnik i patentovlasnik O.V. Gusel'nikov (UA), opubl. 10.06.2011. 8. Kondrashov C.I. Metod postroenija universal'nyh preobrazovatelej fizicheskih velichin s chastotnym predstavleniem izmeritel'noj informacii / C.I. Kondrashov, O.V. Gusel'nikov // Ukrainskij metrologicheskij zhurnal. - 2011. - № 2. -S. 55-58. 9. Kondrashov S.I. Avtogeneratornij peretvorjuvach fizichnih velichin / S.I. Kondrashov, O.V. Gusel'nikov // Metrologija ta vimirjuval'na tehnika (metrologija 2010): 7 Mizhnar. naukovo-tehn. konf, 12-14 zhovt. 2010 r.: tez. dopov./ NNC "In-t Metrologii". - Harkiv., 2010. - Т. 2. -S. 337-340. 10. Shpak Ju.A. Programmirovanie na jazyke С dlja AVR i PIC mikrokontrollerov / Ju.A. Shpak. - K.: "MK- Press", 2006. - 400 s.

НадШшла (received) 14.11.2014

Статью представил д-р техн. наук, проф. НТУ "ХПИ" Горкунов Б.М.

Kondrashov Sergey, Dr.Sci.Tech, Professor

National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"

Str. Frunze, 21, Kharkov, Ukraine, 61002

Tel.: (057)-707-00-00, e-mail: Palagin@khpi.kharkov.ua

ORCID ID: 0000-0002-5191-8562

Guselnikov Oleksii, master, graduate student

National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"

Str. Frunze, 21, Kharkov, Ukraine, 61002

Tel.: (097)-737-26-06, e-mail: alex-gv88@rambler.ru

ORCID ID: 0000-0003-4789-7671