CC BY
27 ( о f +Д( > ( /,+2Д( ^
О II 1-е Г] ; С/12=[/0 1-е г> ; и1Ъ = и0 1-е
V J V ) V )
( ']+3 д/1 ( /] +4 At ' f 'і
U2i=UQ 1-е ;£/25=гу0 ]-е ; ик = и0 1-е Г*
V ) \ ) < )
После преобразований получим
А С =
At
&26 ~ U25
ІП
In
'12
И У
-^34.
Использование одноканальных устройств обеспечивает сокращение аппаратурных затрат, однако увеличивает общее время измерения параметров емкостных ДД.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК
1. А.с. 1797079 СССР, (МКИ) G01R 27/26. Способ измерения электрических величин активного сопротивления, индуктивности и емкости / B.C. Мелентьев, B.C. Баскаков и др.; Опубл. в Б.И. 1993, № 7.
2. Мелентьев В.С Методы и средства измерения параметров электрических цепей на постоянном токе. Самара; Самар гос. техн. ун-т, 2004. 120 с.
УДК 621.317.73 В.Н. Нестеров
Самарский государственный технический университет
СИСТЕМНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ ДАТЧИКОВ
Рассматриваются методы и системная технология проектирования интеллектуальных датчиков для широкого класса автоматических приборов и систем, предназначенных для работы в условиях с высоким уровнем внешних возмуиьений, Показано, что вопросы согласования системных структурных и технологических решений приобретают важнейшее значение уже на стадии проектирования конкретного устройства или системы.
The methods and system technology of designing the intellectual sensors for the broad class of automatic instruments and systems, intended for functioning in conditions with the extremely high external influence quantities, are considered. It is shown that questions of co-ordination system structured and technological deciding gain a most important value on stage of designing a concrete device or system already.
В последнее время в публикациях, посвященных вопросам построения ИИС, все чаще встречается термин «интеллектуальные датчики», появлению которого в значительной степени способствовало бурное развитие цифровой микропроцессорной техники. Датчик, снабженный самообучающейся микропроцессорной системой, позволяет с высокой скоростью обрабатывать большие объемы измерительной информации, реализуя те или иные интеллектуальные функции, к которым относят: коррекцию искажений измерительной информации на пути от датчика к микропроцессору; самодиагностику; мультиплексирование на основе использования различных первичных преобразователей; первичную обработку измерительной информации без загрузки этими операциями контроллеров; хранение образцовых мер и необходимых баз данных; изменение диапазона измерения; программирование различных алгоритмов работы датчика, улучшающих их технические и экономические характеристики. А снижение стоимости контроллерных микросхем, стремительный рост их функциональных возможностей позволяют легко интегрировать их во все более мелкие по размерам и функционально различные изделия. В общем случае структура интеллектуального датчика как системы состоит из двух частей:
блока первичного восприятия и преобразования измерительной информации и цифрового блока, в качестве которого могут быть использованы специализированные микросхемы [1].
В работе рассматриваются технологические проблемы, возникающие при выборе концепции построения блока восприятия и первичной обработки информации. В частности, проблема заключается в том, что неверное структурирование этой части и игнорирование соответствующих технологических требований приводят к реализации алгоритмов, которые не только не улучшают качество датчика в целом, но приводят к возникновению новых дополнительных погрешностей.
Проиллюстрируем вопрос на примере технического решения [2], предназначенного для измерения крутящего момента с помощью размещенных на вращающемся валу тензорезисто-ров (рис. 1). В прототипе [3] резисторы 5 и 6 выбираются из требования высокой стабильности. Речь идет о применении тестового метода, так как образцовые сопротивления включаются последовательно с первичными преобразователями и функционально с ними связаны [4]. При этом автор утверждает, что точность устройства в целом определяется стабильностью резисторов 5 и 6. Однако специальный метрологический анализ [5] позволяет прийти к иным выводам.
В общем случае выражение погрешности аналоговой части устройства от действия на входящие в него элементы различных возмущающих факторов записывается в следующем виде:
дк
-Лк
Я)
Я}'
(1)
где АР - отклонение реальной функции преобразования устройства от номинальной; Дкщ- отклонение параметра кСу ] -того элемента ц -того канала
преобразователя от номинального значения в результате воздействия дестабилизирующих факторов.
Учитывая, что функция преобразования системы имеет вид
..... 2ЛД
Р =
V г +V і
Р и с. 1. Структура интеллектуального измерительного преобразователя:
1 -4 - первичные преобразователи; 5,6- резисторы;
7,8,10,11,13,14 -токосъемные контакты; 9 - источник питания; 12, 15-дифференциальные усилители; 16 - сумматор; 17 - вычитатель; 18 - устройство деления
а2 - ел До
где и\ = К\и\ И и\ ~ К2и2 - функции преобразования соответствующих измерительных каналов [2], а ЛЯ - информативное приращение параметров
первичных преобразователей 1-4, то искомое выражение погрешности принимает следующий вид:
(до 10 ((Д2 + ^)о + (д 4 - ^)о + Д 02о)+До2о{{Д 1 “ ^)о+(Дз + ^)о+Доі о))2
- (ДоЮ + (Дз + ^)о)((й020 + (Д2 + ^0о))
А{к,2 + ЛИ) 4До2 + л(д4 - ля)
(До20 + Ог2 + і4Я)о)х
(л2+лд)0 До20 + (Д4~<4Я)о
: (д4-Л/?)0((д0[0 + 0?І-ЛД)0) (До20 + (д4_^)о)_(д2 + /^)о(дз+/1д)о)х
л{кА-ля) ЛД02 + ^(д2 + ^ [ {(Дз+^)о + (д4—ЛД)о + Дозо) ^
(д4-ЛД)0 До20 + (Д2 + ^)о ((Д]-4й)о + (дз + ЛД^ + д010)
х ((дою + (Ді-^)о)(Дз+^и(Ді-М)(Д4-Л4)- (лоіо + (Дз+^4)ХЯ020 + (Д2+^)о))х
: fЛ^Ъ+м\ " + + (йою + (лз+^)о)(й1-^)о (кою + (Ri-^R\)y
{ (Дз+^Jo Лою + Ui-^A) J
4Ri ~ ЛИ) ЛДо1 + ^(Дз+ (й1-Дй)0 Дою4* (Лз+^)о
х (Дого+ (^4-z^)o)" (Дг+^)оО?з+^)о) т ((Дою + (Д]-4й)0) (л02О + (Д4~^)о)“ (д2 + (Дз + М) ((Д1 ~^)о (^4 _ ^)о _
( V
“ (ДоЮ + (Лз + ^)о)(д020 + (Л2 + ^)о)) ~~“4г^ > (2)
V Л20 лю^
где АК\, АКг. 4(Д1-4Я), л(д2 + 4й), 4йз + 4й). a{r4-AR), ЛДоь ЛД02 - отклонения параметров соответствующих элементов схемы от номинальных значений под действием возмущающих факторов; £o, (Дп^о* (Д2+4Д)Ь» (Дз+4й)о’ (Л4~^)о* Дою> Д020 ■ номинальные значения соответствующих параметров.
Приравнивая нулю выражение (2) получаем условия, выражающие собой технологическое «know how», выполнение которого действительно приводит к компенсации погрешностей от действия возмущающих факторов на элементы преобразователя:
Л{д2 + AR) _ ДИр2 + ^(Д4 ~ ^
(Д2 + ^)> Дого + (й4“^)о
a{Ra - ДВ) _ ЛДо2 + ^(Дг + AR). ^
(д4-4Д)о Д020 + (Д2 + ^)о
л(дз + AR) _ ЛДр! + Л(Д1 - AR)
(д3+ЛД)о Дою + {Д1~" ЛД)о
А{Д1 - AR) = ЛД01 + Л{яг + AR)
(д I - ай)о До1 о+(Дз+М
ЛК.2 _ ЛК\ ^
К20 К\о
Как видно из выражений (1) - (4), при ЛДог~0 условие (3) противоречит условию (4), а при ЛД01 -0 условие (5) противоречит условию (6). Системные технологические требования в данном случае формулируются так: если элементы 5 и 6 настолько же нестабильны, насколько нестабильны преобразователи 1 - 4, то именно в этом случае достигаются качества, заявленные
в [31-
Таким образом, как с очевидностью следует из рассмотренного примера, слепое использование алгоритмических методов повышения точности измерений без специального метрологического анализа зачастую не приводит к поставленным целям, а применение современной процессорной техники при проектировании интеллектуальных датчиков не всегда является залогом высокого качества получаемой информации.
Поскольку источником погрешности любого измерительного устройства кроме внешних помех является нестабильность всех входящих в него элементов, то в целом для измерительной цепи абсолютно точно удовлетворить условию [6]:
dF dfq
^=ZIJГ7Г-Л1*=0-
q ] J q °КЯ]
полученному из (1), невозможно как из-за технологического разброса параметров комплектующих элементов, так и неидеального выполнения требований, предъявляемых к монтажу и сборке самих преобразователей. Поэтому вопросы согласования системных структурных и технологических решений приобретают важнейшее значение уже на стадии проектирования конкретного измерительного устройства или системы.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1 Соловьев А. Однокристальные системы сбора данных семейства ADuCSxx // Компоненты и технологии. 2000, №З.С. 36-37.
2. Нестеров В.Н. Инвариантные измерительные мосты для измерения крутящего момента // Метрология. 1992. № 12. С.28-36.
3. А.с, 1195263 СССР, МКИ G 01 R 17/10. Измерительный преобразователь / В,В.Пащенко. № 3707017/24-21; За-явл. 26.12.83; Опубл. 30.11.85. Бюл. Ns 44.
4. Мартяшин А.И., Куликовский К.Л., Куроедов С.К. ы др. Основы инвариантного преобразования параметров электрических цепей / Под ред. А.И, Март*шина. М.: Энергоатомиздат, 1990. 216 с.
5 Инвариантные параметрические измерительные преобразователи для измерительных приборов и автономных систем: Учеб. пособ, / В.Н.Нестеров. Самара: Самарский гос. техн. ун-т, 1998. 56 с.
6 Нестеров В.Н. Двухканальные параметрические измерительные преобразователи с линейными функциями преобразования // Измерительная техника, 1999. № 5. С. 39-45.
УДК 681.3
А.И. Никонов, В.А. Гурьев
Самарский государственный технический университет
О ПАРАМЕТРИЧЕСКОМ МОДЕЛИРОВАНИИ ПРИ УЛУЧШЕНИИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ С ИНДУКТИВНЫМИ ДАТЧИКАМИ
Представлены структурные параметрические модели измерительных преобразователей перемещений, содержащих индуктивные датчики, Эти модели отображают ряд измерительных устройств со сниженными температурными погрешностями.
It will presented structural parametrical models of the measuring transducers of the displacement, containing inductive sensors. These models represent the series of measuring devices with reduced temperature inaccuracy.
К настоящему времени создан и получает дальнейшее развитие - особенно применительно к области измерительной техники - метод улучшения технических объектов, который основан на поэтапном исследовании составленного экспертом ряда описаний, относящихся к объектам-аналогам (по заданному назначению, заданной физической базе), и формировании соответствующих приемов, принципов технического совершенствования [1-7],
Общая концепция проведения упомянутого исследования связана с представлением исходного описания очередного технического решения из составленного ряда в виде перехода от объекта-прототипа к объекту, имеющему улучшенные характеристики заданного вида. При этом, в частности, составляется модель действия такого улучшенного объекта, представляющая заданную характеристику, чем обосновывается объективность её оценки. Далее в качестве улучшаемых объектов рассматриваются технические устройства - измерительные преобразователи перемещений с индуктивными датчиками.
При составлении моделей действия технических устройств полезно обращаться к аппарату параметрических структур как рациональному виду знакового операционного моделирования [7-8]. Величины, отображаемые в параметрических структурах, относятся к достаточно широкому кругу физических цепей и подчиняются известным критериям физических аналогий [3-6, 9-11]. Отображение взаимосвязей величин единой или неодинаковой физической природы производится здесь с помощью графоаналитических средств - параметрических структурных схем (ПСС). Распространенные типовые звенья данного графоаналитического аппарата для случаев моделирования линейных цепей представлены на рис. 1 и рис, 2.
На рис. 1 отображены внутрицепные прямо-пропорциональные зависимости типов “входная величина в - выходная величина вв] ” и “входной параметр П - выходная величина вв2
ва1 =77св, вв2 =всП,
где Пс - постоянный параметр (например, емкость, активное сопротивление, индуктивность); вс. - величина постоянного уровня, представляющая собой также постоянный параметр зависимости ев2(Я).
На рис. 2 показаны звенья межцепных прямо-пропорциональных преобразований входной величины ба какой-либо фиксированной природы в выходную величину вв^ или в выходной
