Следующий этап детализации обобщенного графа посвящен определению регулируемого в КУИЦ коэффициента передачи и вида индикатора квазиравновесия: квадратурного или синфазного фазочувствительного индикатора.

Дальнейшая детализация обобщенного графа заключается в определении аргумента регулируемого коэффициента передачи. На завершающей стадии проектирования уточняется тип индикатора квазиравновесия: фазочувствительный индикатор или экстремум-детектор -
и осуществляется переход от детализированного графа к функциональной схеме КУИЦ датчика.

В шестой главе рассмотрена коррекция температурной погрешности датчиков, в основе которой лежат полученные автором математические модели температурной погрешности емкостного ПП датчика давления.

Преобразование отношения или относительного изменения рабочей и опорной емкостей ( или ) позволяет скорректировать температурную погрешность, возникающую в ПП, до тех пор, пока температурные коэффициенты указанных емкостей одинаковы, и, следовательно, ИЦ осуществляет логометрическую коррекцию рассматриваемой погрешности. С целью расширения температурного диапазона эксплуатации датчика наряду с логометрической коррекцией, следует выполнять либо коррекцию изменения и , либо коррекцию температурной погрешности информативного параметра ПП ( или ). Для осуществления коррекции температурной погрешности автором рассмотрено несколько подходов к синтезу моделей погрешности, основанных на использовании температурных коэффициентов изменения зазора, площади, чувствительности, емкости рабочего и опорного конденсаторов, а также аддитивных и мультипликативных составляющих абсолютных погрешностей емкостей рабочего и опорного конденсаторов, которые можно определить как теоретически, так и экспериментально.

В результате этого получены математические модели температурной погрешности , и емкостного датчика. Результаты первого подхода сведены в табл. 3 и показывают, что температурная погрешность зависит не только от температуры датчика, но и от измеряемой величины, т. е. является функцией двух переменных, и, следовательно, корректирующее воздействие или поправка должны зависеть не только от температуры, но и отинформативного параметра датчика.

Таблица 3

Модели температурной погрешности

В то же время некоторые модели содержат только аддитивные составляющие и, следовательно, в общем случае выражение для модели или , а также или можно представить в виде суммы аддитивной и мультипликативной составляющих, причем каждая из них может зависеть не только от температуры, но и от измеряемой датчиком величины, например: , где - зависимость аддитивной погрешности информативного параметра от температуры; - зависимость относительной погрешности информативного параметра от температуры. Такая модель обусловливает использование аддитивно-логометрической коррекции температурной погрешности в ИЦ емкостного датчика, а величиной, с помощью которой формируется корректирующее воздействие, может быть как температура датчика, так и неинформативная составляющая входного сигнала ИЦ.

Наибольшее распространение получил вариант, основанный на введении в ПП термозависимого элемента. Автором разработан ряд измерительных цепей, обеспечивающих коррекцию температурной погрешности, среди которых наибольшее быстродействие имеют ИЦ, осуществляющие введение поправок на переменном токе. На рис. 8 приведена функциональная схема ИЦ, обладающая высоким быстродействием, которое достигается за счет того, что аддитивно-логометрическая коррекция погрешности осуществляется по мгновенным значениям в цепи переменного тока, причем аддитивная коррекция реализуется путем подключения термозависимой емкости параллельно как рабочей , так и опорной емкости , а мультипликативная коррекция - посредством преобразования отношения . Выходное напряжение ИЦ описывается выражением

.

Реализация приведенной измерительной цепи позволила расширить температурный диапазон эксплуатации неохлаждаемого высокотемпературного емкостного датчика давления от 200 С до 700 С, ее настройка осуществляется изменением резисторов - .

Рис. 8 Измерительная цепь с коррекцией температурной погрешности емкостного датчика

Практическая реализация ИЦ позволила за счет преобразования информативного параметра получить в ИЦ дифференциального индуктивного датчика перемещения погрешность менее 0,2 %, а погрешность ИЦ дифференциально-трансформаторного датчика не превысила 0,5 % при изменении активной составляющей комплексного сопротивления обмоток от 100 до 150 Ом. КУИЦ солемера воды обеспечивает измерение с погрешностью 1 % информативного параметра бесконтактной измерительной ячейки солемера () по последовательно-параллельной трехэлементной схеме замещения: = 1000 пФ, = (25 - 50) пФ
и = (1 - 1000) кОм, а КУИЦ измерителя солености товарной нефти ИСН-2 преобразует с погрешностью 1,5 % информативный параметр () по параллельно-последовательной схеме замещения: = 200 пФ, = (25 - 30) пФ и = (0,5 - 10) кОм. Реализация ИЦ с временным разделением каналов показала, что при = (3 - 5) пФ, = 3 пФ и изменении емкости кабеля от 100 до 1000 пФ приведенная погрешность измерения меньше 0,1 %.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Созданы теоретические основы повышения точности измерительных цепей емкостных и индуктивных датчиков, включающие в себя принцип временного разделения каналов преобразования пассивных величин в активные величины, методы повышения точности измерительных цепей датчиков: методы временного разделения каналов, методы пространственного разделения каналов измерительных цепей и метод двойной аддитивной коррекции погрешности. Предложенные способы преобразования параметров параметрических преобразователей с двух- и с трехэлементной схемой замещения позволяют исключить методическую погрешность преобразования информативных параметров датчиков с комплексной схемой замещения параметрического преобразователя, а полученные модели температурной погрешности параметрического преобразователя емкостного датчика предоставляют возможность уменьшить его температурную погрешность.

2. На основе предложенного автором принципа разработаны методы временного разделения каналов измерительных цепей датчиков: метод коммутаций, метод фазового разделения каналов и метод полигармонических тест_сигналов, каждый из которых обеспечивает инвариантность как к несовершенству элементной базы, так и к параметрам кабельной перемычки, а применение метода фазового разделения каналов или метода полигармонических тест_сигналов позволяет исключить необходимость в традиционном переключении каналов.

3. Разработаны методы пространственного разделения каналов измерительных цепей емкостных и индуктивных датчиков, обеспечивающие повышение точности преобразования иммитанса параметрического преобразователя датчика в активную величину как при физическом, так и при «электрическом» моделировании преобразуемого иммитанса за счет создания необходимых для работы итерационного алгоритма коэффициентов передачи дополнительных каналов аналогового операционного преобразователя. Предельное значение методической погрешности при пространственном разделении каналов измерительных цепей не зависит от значения преобразуемого иммитанса и определяется произведением коэффициентов усиления каналов.

4. Предложен метод двойной аддитивной коррекции погрешности, реализация которого обеспечивает преобразование отношения рабочей и опорной емкостей датчика независимо как от коэффициента усиления усилителя, так и от параметров кабельной перемычки.

5. Предложены способы преобразования параметров параметрических преобразователей с двух- и трехэлементной схемой замещения, на основе которых синтезированы обобщенные графы квазиуравновешенных измерительных цепей с компенсацией напряжения, обеспечивающих раздельное измерение параметров двухполюсников как
в режиме заданного тока, так и в режиме заданного напряжения на двухполюснике независимо от вида соединения его элементов.

6. Разработана методика проектирования измерительных цепей емкостных и индуктивных датчиков с комплексной схемой замещения параметрического преобразователя, в основе которой лежит предложенная автором формализованная запись иммитанса двух- и трехэлементного двухполюсника и исследования функциональных возможностей квазиуравновешенных измерительных цепей с компенсацией напряжения. На основе разработанной методики создана система автоматизированного проектирования функциональных схем измерительных цепей датчиков с комплексной схемой замещения их параметрического преобразователя.

7. Получены выражения для моделей температурной погрешности емкостных датчиков, параметры которых можно определить как теоретически, так и экспериментально, причем температурная погрешность датчика является функцией двух переменных: температуры параметрического преобразователя и величины, измеряемой датчиком. Предложена аддитивно-логометрическая коррекция температурной погрешности, на основе которой синтезированы измерительные цепи, обеспечивающие коррекцию температурной погрешности датчика.

8. Теоретические результаты работы воплощены в измерительных цепях емкостных и индуктивных датчиков, внедренных в составе измерителей солесодержания воды с трехэлементной схемой замещения параметрического преобразователя датчика; неохлаждаемого высокотемпературного емкостного датчика давления; емкостного датчика избыточного давления для текстильных машин; емкостного микроманометра с малым потреблением энергии; индуктивного датчика угловых микроперемещений; емкостного анероидного датчика абсолютного давления; емкостного датчика силы и лабораторных установок по курсу «Измерительные преобразователи систем управления» Пензенского государственного университета, причем большинство внедренных измерительных цепей защищено авторскими свидетельствами, что подчеркивает их новизну и оригинальность. Результаты исследований и эксплуатации разработанных автором измерительных цепей емкостных и индуктивных датчиков подтверждают достоверность основных научных положений работы.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНЫ В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ

Монографии и учебное пособие

1. Арбузов, В. П. Структурные методы повышения точности измерительных цепей емкостных и индуктивных датчиков: монография / В. П. Арбузов. Пенза: Инф.-изд. центр Пенз. гос. ун-та, 2008. 230 с.

2. Арбузов, В. П. Измерительные цепи емкостных датчиков: монография / В. П. Арбузов. Пенза: Инф.-изд. центр Пенз. гос. ун-та, 2002. 134 с.

3. Арбузов, В. П. Измерительные преобразователи систем управления: учеб. пособие / В. П. Арбузов. Пенза: Инф.-изд. центр Пенз. гос. ун-та, 2002. 88 с.

Статьи, опубликованные в изданиях, рекомендованных ВАК

4. Арбузов, В. П. Методы временного разделения каналов измерительных цепей емкостных и индуктивных датчиков / В. П. Арбузов // Измерительная техника. 2007. № 7. С. 40-43.

5. Арбузов, В. П. Модели температурной погрешности емкостного датчика давления /В. П. Арбузов //Датчики и системы. 2007. № 7. С. 15-17.

6. Арбузов, В. П. Коррекция температурной погрешности емкостных измерительных цепей / В. П. Арбузов // Датчики и системы. 2007. № 4. С. 39-41.

7. Арбузов, В. П. Проектирование квазиуравновешенных измерительных цепей датчиков с комплексной схемой замещения /
В. П. Арбузов // Датчики и системы. 2006. № 11. С. 21-25.

8. Арбузов, В. П. Исследование температурной погрешности емкостного параметрического преобразователя датчика давления /
В. П. Арбузов // Датчики и системы. 2002. № 6. С. 2-4.

9. Арбузов, В. П. Обсуждение проекта образовательного направления / В. П. Арбузов, Е. П. Осадчий // Датчики и системы. 2001. № 4. С. 71-72.

10. Арбузов, В. П. Измерительные цепи емкостных датчиков с фазовым разделением каналов / В. П. Арбузов // Датчики и системы. 1999. № 5. С. 27-29.

11. Арбузов, В. П. Измерительные цепи емкостных датчиков с временным разделением каналов / В. П. Арбузов, Е. Н. Саул // Приборы
и системы управления. 1999. № 1. С. 55-56.

12. Арбузов, В. П. Измерительные цепи дифференциальных емкостных датчиков / В. П. Арбузов // Приборы и системы управления. 1998. № 2. С. 28-29.

13. Арбузов, В. П. Итерационные методы пространственного разделения каналов измерительных цепей емкостных и индуктивных датчиков / В. П. Арбузов // Приборы и системы управления. 1997.№ 10. С. 36-37.

14. Арбузов, В. П. Измерительные цепи индуктивных датчиков
с временным разделением каналов / В. П. Арбузов // Приборы и системы управления. 1996. № 7. С. 29-30.

15. Арбузов, В. П. Измерительные цепи емкостных и индуктивных датчиков / В. П. Арбузов // Приборы и системы управления. 1996. № 5. С. 33-37.

16. Арбузов, В. П. Преобразователь емкости датчика в напряжение / В. П. Арбузов, С. Е. Ларкин, Е. П. Осадчий // Приборы и системы управления. 1995. № 1. С. 22-25.

17. Арбузов, В. П. Анализ влияния соединительного кабеля на погрешность преобразователей параметрических датчиков при дистанционных измерениях / Е. П. Осадчий, В. П. Арбузов, С. Е. Ларкин // Приборы и системы управления. 1994. № 5. С. 28-31.

18. Арбузов, В. П. Преобразователи измеряемого параметра дифференциальных датчиков в частоту / С. Е. Ларкин, В. П. Арбузов,
Е. П. Осадчий // Приборы и системы управления. 1993. № 10.
С. 32 - 34.

19. Арбузов, В. П. Итерационный преобразователь комплексного сопротивления в напряжение / В. П. Арбузов // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 1987. Т. ХХХ. № 3.
C. 46 - 48.

20. Арбузов, В. П. Исследование инструментальной погрешности итерационного преобразователя комплексного сопротивления в напряжение / В. П. Арбузов // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 1983. Т. XXVI. № 8. С. 21-28.

21. Арбузов, В. П. Преобразователи параметров пассивных комплексных величин с компенсацией напряжения / В. П. Арбузов,
Е. П. Осадчий // Известия высших учебных заведений. Приборостроение.1981. Т. XXII. № 12. С. 3-8.

Статьи, опубликованные в других изданиях

22. Арбузов, В. П. Квазиуравновешенные измерительные цепи датчиков с комплексной схемой замещения параметрического преобразователя / В. П. Арбузов // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. 2006. № 6. С. 253-262.

23. Арбузов, В. П. Коррекция температурной погрешности емкостных датчиков / В. П. Арбузов // Автоматизация и управление в технических системах: межвуз. сб. науч. тр. Пенза: Инф.-изд. центр Пенз. гос. ун-та, 2005. Вып. 24. С. 242-246.

24. Арбузов, В. П. Итерационный метод повышения точности коэффициента передачи преобразователя иммитанса параметрического преобразователя датчика в напряжение / В. П. Арбузов // Датчики систем измерения, контроля и управления: межвуз. сб. науч. тр. Пенза, 1999. Вып. 17. С. 32-35.

25. Арбузов, В. П. Анализ методической погрешности мостовой измерительной цепи дифференциального индуктивного датчика /
В. П. Арбузов // Датчики систем измерения, контроля и управления: межвуз. сб. науч. тр. Пенза, 1988. Вып. 8. C. 42-44.

26. Арбузов, В. П. Формализованная запись иммитанса датчика, представляемого двух- и трехэлементной схемой замещения / В. П. Арбузов // Датчики систем измерения, контроля и управления: межвуз. сб. науч. тр. Пенза, 1987. Вып. 7. С. 38-43.

27. Арбузов, В. П. Измеритель солесодержания товарной нефти и нефтепродуктов ИСН-1 / В. П. Арбузов, А. Г. Грачев, В. П. Маланин, Г. М. Тростянский // Информационный листок о научно-техническом достижении. Сер. Р61.51.17. Пенза, 1986. № 86-5.

28. Арбузов, В. П. Преобразователь параметров датчиков, представляемых двухэлементными схемами замещения / В. П. Арбузов // Датчики систем измерения, контроля и управления: межвуз. сб. науч. тр. Пенза, 1984. Вып. 4. С. 111-114.

29. Арбузов, В. П. Преобразователи информативных параметров трехэлементных двухполюсников / В. П. Арбузов // Вопросы теории и проектирования аналоговых измерительных преобразователей: межвуз. сб. науч. тр. Саратов: Изд_во Сарат. гос. ун-та, 1983. Вып. 3. С. 72 - 80.

30. Арбузов, В. П. Преобразователи параметров датчиков / В. П. Арбузов // Измерительные элементы (датчики информационно-измерительных систем автоматизированных систем управления и систем автоматизации). Саратов: Изд_во Сарат. гос. ун-та, 1979. С. 54-57.

31. Арбузов, В. П. Области применения преобразователей параметров комплексных величин на базе автокомпенсационных схем / В. П. Арбузов // Автоматизация производственных процессов и унификация аппаратуры. Саратов: Изд_во Сарат. гос. ун-та, 1977. С. 87-91.

32. Арбузов, В. П. Преобразователь параметров измерительной ячейки солемера в напряжение / В. П. Арбузов, К. Н. Чернецов, З. А. Мартиросов [и др.] // Обработка информации в автоматических системах: межвуз. сб. науч. тр. Рязань: Рязан. политехн. ин-т, 1975. Вып. 2.
С. 213-217.

Материалы научно-технических конференций

33. Арбузов, В. П. Синтез измерительных цепей емкостных датчиков с требуемой амплитудно-частотной характеристикой / В. П. Арбузов, С. Е. Ларкин, Т. А. Журкина // Проблемы автоматизации
и управления в технических системах: тр. Междунар. науч.-техн. конф. Пенза: Инф.-изд. центр Пенз. гос. ун-та, 2007. С. 132 - 135.

34. Арбузов, В. П. Измерительная цепь емкостного датчика с коррекцией температурной погрешности / В. П. Арбузов, В. А. Незгода // Схемно-топологические модели активных электрических цепей: синтез, анализ, диагностика: тр. Междунар. конф. «Континуальные алгебраические логики, исчисления и нейроинформатика в науке
и технике - КЛИН-2004». Ульяновск: УлГТУ, 2004. С. 5 - 7.

Авторские свидетельства

35. А. с. 1827647 СССР, G 01 R 27 / 26. Преобразователь ёмкости датчика в частоту / В. П. Арбузов, С. Е. Ларкин, В. П. Маланин,
Д. В. Лебедев // Открытия. Изобретения, 1993. № 26.

36. А. с. 1822986 СССР, G 01 R 27 / 26. Преобразователь информативного параметра ёмкостного датчика / В. П. Арбузов, С. Е. Ларкин, В. П. Маланин // Открытия. Изобретения, 1993. № 23.

37. А. с. 1796935 СССР, G 01 L 9 / 12. Устройство для измерения давления с помощью ёмкостного датчика / В. П. Арбузов, С. Е. Ларкин, В. П. Маланин, Е. М. Белозубов // Открытия. Изобретения, 1993. № 7.

38. А. с. 1647450 СССР, G 01 R 17 / 06. Способ преобразования параметров трехэлементных двухполюсников / В. П. Арбузов // Открытия. Изобретения, 1991. № 28.

39. А. с. 1644047 СССР, G 01 R 27 / 02. Преобразователь информативного параметра в частоту / В. П. Арбузов // Открытия. Изобретения, 1991. № 15.

40. А. с. 1644046 СССР, G 01 R 27 / 02. Преобразователь информативного параметра в частоту / В. П. Арбузов // Открытия. Изобретения, 1991. № 15.

41. А. с. 1576871 СССР, G 01 R 27 / 02. Преобразователь параметров нерезонансных пассивных двухполюсников / В. П. Арбузов, Е. П. Осадчий, С. Н. Фидяшкин // Открытия. Изобретения, 1990. № 25.

42. А. с 1566303 СССР, G 01 R 27 / 00. Преобразователь информативного параметра квазидифференциального датчика / В. П. Арбузов // Открытия. Изобретения, 1990. № 19.

43. А. с. 1422184 СССР, G 01 R 27 / 02. Преобразователь комплексного сопротивления в напряжение / В. П. Арбузов, Ю. В. Березин, Д. В. Марченко // Открытия. Изобретения, 1988. № 33.

44. А. с. 1269052 СССР, G 01 R 27 / 02. Преобразователь параметров комплексных сопротивлений в напряжение / В. П. Арбузов, А. И. Герасимов, Д. В. Марченко, Е. П. Осадчий // Открытия. Изобретения, 1986. № 41.

45. А. с. 1177769 СССР, G 01 R 27 / 02. Преобразователь параметров трёхэлементных нерезонансных двухполюсников / В. П. Арбузов,
Д. В. Марченко, Е. П. Осадчий, В. В. Холястов // Открытия. Изобретения, 1985. № 33.

46. А. с. 658504 СССР, G 01 R 27 / 26. Преобразователь параметров датчика в напряжение / В. П. Арбузов, С. М. Фельдберг, К. Н. Чернецов // Открытия. Изобретения, 1979. № 15.

47. А. с. 525897 СССР, G 01 R 27 / 26. Преобразователь параметров комплексной проводимости / В. П. Арбузов, С. Е. Лях, С. М. Фельдберг, К. Н. Чернецов // Внедренные изобретения. М.: Библиографическая информация ВНИИПИ, 1981. № 1(69). С. 106.

48. А. с. 523364 СССР, G 01 R 27 / 00. Способ преобразования параметров комплексных сопротивлений / В. П. Арбузов, С. М. Фельдберг, К. Н. Чернецов // Открытия. Изобретения, 1976. № 28.

Размещено на Allbest.ru