Размещено на http://www.allbest.ru/

Вінницький національний технічний університет

УДК 681.518.3:621.317.089

Спеціальність 05.11.16 - інформаційно-вимірювальні системи

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Інформаційно-вимірювальна система контролю параметрів тахометричних перетворювачів

Севастьянов Володимир Миколайович

Вінниця - 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Вінницькому національному технічному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник:

- доктор технічних наук, професор Поджаренко Володимир Олександрович, Вінницький національний технічний університет, завідувач кафедри метрології та промислової автоматики

Офіційні опоненти:

- доктор технічних наук, професор Володарський Євген Тимофійович, Національний технічний університет України "КПІ", м. Київ, професор кафедри автоматизації експериментальних досліджень

- доктор технічних наук, професор Руженцев Ігор Вікторович, Харківський національний університет радіоелектроніки, завідувач кафедри метрології та вимірювальної техніки

Захист відбудеться " 13 " жовтня 2007 р. о 12 00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 05.052.02 у Вінницькому національному технічному університеті за адресою: 21021, м. Вінниця, Хмельницьке шосе, 95, ГУК, к.210.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Вінницького національного технічного університету за адресою: 21021, м. Вінниця, Хмельницьке шосе, 95.

Автореферат розісланий "30" серпня 2007 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради С.В. Павлов

Анотація

Севастьянов В.М. Інформаційно-вимірювальна система контролю параметрів тахометричних перетворювачів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.11.16 - інформаційно-вимірювальні системи. - Вінницький національний технічний університет, Вінниця - 2007.

Дисертація присвячена розробці та дослідженню ІВС контролю параметрів тахометричних перетворювачів, яка дозволяє перевіряти параметри тахометричних перетворювачів з підвищеною методичною та інструментальною складовими достовірності. На відміну від існуючих систем контролю параметрів ТП, запропоновано перевірку ТП здійснювати не тільки в статичному, а й в динамічному режимах. Це дозволить контролювати такі важливі параметри ТП як момент опору, момент інерції, кутове прискорення, стабільність зміни цих параметрів у часі. Проаналізована стабільність роботи ІВС контролю параметрів ТП з різними типами електродвигунів: асинхронним, синхронним, постійного струму. За результатами моделювання за основу було вибрано двигун постійного струму, який має найменшу похибку відтворення кутової швидкості в динамічному режимі.

Запропоновано структурно-алгоритмічний підхід щодо побудови ІВС контролю параметрів ТП. Запропоновано рекомендації щодо інженерного проектування вимірювального каналу кутової швидкості, з нормованою похибкою вимірювання та широким діапазоном вимірювання кутової швидкості. При цьому похибка вимірювання залишається стабільною майже на всьому діапазоні вимірювання. На основі запропонованих методів розроблено апаратні, алгоритмічні та програмні засоби, які використано в розробленій ІВС контролю параметрів ТП.

Проведено експериментальні дослідження, які підтверджують отримані теоретичні результати.

Ключові слова: інформаційно-вимірювальна система, перевірка, тахометричний перетворювач, достовірність, вимірювальний канал, кутова швидкість, метрологічні характеристики.

Аннотация

Севастьянов В.Н. Информационно-измерительная система контроля параметров тахометрических преобразователей. - Рукопись.

Диссертация на получение ученой степени кандидата технических наук за специальностью 05.11.16 - информационно-измерительные системы. - Винницкий национальный технический университет, Винница - 2007.

Диссертация посвящена разработке и исследованию ИИС контроля параметров тахометрических преобразователей, которая разрешает проверять параметры тахометрических преобразователей с повышенной методической и инструментальной составными достоверности. В отличие от существующих систем конроля параметров ТП, предложено проверку ТП осуществлять не только в статическом, а и в динамическом режимах, поскольку номинальным режимом работы ТП являеться динамический режим. Это позволит контролировать такие важные параметры ТП как момент сопротивления, момент инерции, мгновенную угловую скорость, угловое ускорение, стабильность изменения этих параметров во времени. Проанализирована стабильность работы ИИС контроля параметров ТП с разными типами электродвигателей: асинхронным, синхронным, постоянного тока. По результатам моделирования за основу был выбран двигатель постоянного тока, который имеет наименьшую погрешность воспроизведения угловой скорости в динамическом режиме. Предложен метод определения момента инерции и момента сопротивления ТП с учётом влияния муфти сопряжения. Метод способствует повышению методической складовой достоверности. Проведен анализ методов фильтрации измеряемой угловой скорости, который показал пути повышения методической составляющей достоверности контроля за счёт уменьшения погрешности определения углового ускорения.

Предложен структурно-алгоритмический подход относительно построения ИИС контроля параметров ТП. Предложены рекомендации относительно инженерного проектирования измерительного канала угловой скорости, с нормированной погрешностью измерения и широким диапазоном измерения угловой скорости. При этом погрешность измерения остается стабильной на всем диапазоне измерения. Получено уравнение преобразования и определены способы уменьшения погрешности квантования. На основе предложенных методов разработаны аппаратные, алгоритмические и программные средства, которые использованы в разработанной ИИС контроля параметров ТП.

Предложена методика оценивания и выражения неопределенности измерений при поверке тахометрических преобразователей как в статическом, так и динамическом режимах, которая в отличие от существующих методик поверок ТП отличается тем, что учитывает не только суммарные стандартные неопределенности неисключенных остатков погрешностей результатов измерений, а и разрешает определять эффективное число степеней свободы и коэффициенты охвата для расчета расширенной неопределенности измерений при разных количествах результатов наблюдений.

Проведены экспериментальные исследования, которые подтверждают полученные теоретические результаты.

Ключевые слова: информационно-измерительная система, проверка, тахометричний преобразователь, достоверность, измерительный канал, угловая скорость, метрологические характеристики.

Загальна характеристика роботи

Актуальність роботи. Створення нових виробів і автоматизація виробництва потребують вдосконалення методів та засобів вимірювання, автоматизації вимірювальної техніки та її калібровки. Тахометричні перетворювачі (ТП) представляють собою один з найбільш масових видів вимірювальних засобів. В наш час неможливо назвати жодної з областей техніки та промисловості, де б не застосовувались ТП, як для дослідницьких цілей та виконання вимірювань, так і для забезпечення автоматичного регулювання і управління технологічними процесами, які здебільшого працюють в динамічних режимах та режимах реального часу. Точність, надійність та стабільність властивостей ТП у значній мірі визначають рівень розвитку сучасної науки і техніки. В сучасній літературі майже повністю відсутній розгляд питань, пов'язаних з роботою ТП в динамічних режимах. З розширенням номенклатури ТП, підвищенням точності, якості необхідно суттєво підвищувати вимоги до калібрувальної апаратури, що призвело до необхідності розробки засобів, які базуються на досягненнях сучасної електроніки та автоматики та забезпечують високу точність, а також високу продуктивність калібровки. Автоматизація калібровки не тільки забезпечує підвищення виробництва, продуктивності та точності вимірювань. Все це обумовлює високу економічну ефективність впровадження автоматичних повірочних засобів.

Наукова задача полягає в обґрунтуванні та розробці інформаційно-вимірювальної системи (ІВС) контролю параметрів ТП, що здатна забезпечити підвищений рівень достовірності за рахунок використання динамічного режиму роботи, є актуальною задачею.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Основний зміст роботи складають результати наукових розробок та експериментальних досліджень, які проводилися протягом 2001-2007 років на кафедрі метрології та промислової автоматики Вінницького національного технічного університету (ВНТУ); в період з 2005 по 2007 роки робота проводилася відповідно до науково-дослідної планової держбюджетної роботи № 42-Д-277 „Розробка теоретичних основ побудови систем діагностування електромоторів в енергозберігаючих технологіях", номер державної реєстрації 0105U002432; тематичними планами проведення НДДКР у ВНТУ на госпдоговірних засадах з Ямпільським приладобудівним заводом (№ Р-061 від 10 січня 2005 р. - "ІВС автоматичного контролю параметрів роторних систем").

Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи є підвищення достовірності контролю параметрів тахометричних перетворювачів в динамічному режимі їх роботи.

Для досягнення поставленої мети необхідно розв'язати такі задачі:

- проаналізувати відомі методи та засоби визначення параметрів ТП;

- дослідити імітаційну модель ІВС контролю параметрів ТП, обґрунтувати форму зразкового сигналу для керування частотою обертання валу двигуна ІВС та оцінити характеристики ІВС з різними типами двигунів;

- розробити новий метод визначення параметрів руху ТП в динамічному режимі, що дозволить підвищити методичну складову достовірності контролю;

- розробити нові та вдосконалити існуючі методи підвищення інструментальної складової достовірності контролю в ІВС контролю параметрів ТП;

- обґрунтувати структурно-алгоритмічну організацію вимірювальних каналів ІВС контролю параметрів ТП;

- оцінити метрологічні характеристики вимірювального перетворення параметрів та визначення достовірності контролю;

- провести експериментальні дослідження для перевірки адекватності розробленої ІВС контролю параметрів ТП.

Об'єкт дослідження - процеси отримання інформації про стан тахометричних перетворювачів.

Предмет дослідження - інформаційно-вимірювальна система контролю параметрів тахометричних перетворювачів.

Методи дослідження засновані на фундаментальних положеннях теорії інформаційно-вимірювальних систем, теорії цифрової обробки інформації застосовувались для дослідження моделі ІВС; теорія електроприводів, метрологія, основи мікропроцесорної техніки застосовувались при розробці структурно-алгоритмічної реалізації ІВС.

При проведенні експериментальних досліджень використовувалися методи експериментальної обробки результатів вимірювань, математичний апарат теорії похибок вимірювань.

Наукова новизна одержаних результатів роботи полягає у підвищенні достовірності контролю параметрів ТП, які характеризуються динамічними режимами роботи, що реалізовано у отриманні таких наукових результатів:

1. Вперше запропоновано структурно-алгоритмічний підхід щодо побудови ІВС контролю параметрів тахометричних перетворювачів, який використовує динамічний режим роботи тахометричних перетворювачів і дозволяє підвищити методичну складову достовірності контролю.

2. Вперше розроблено та досліджено модель ІВС контролю параметрів ТП, яка дозволяє врахувати вплив первинного вимірювального перетворювача, вимірювального каналу та числового перетворювача, та з високою точністю описують фізичні процеси, які протікають в них, що призводить до підвищення адекватності моделі.

3. Вперше розроблено метод визначення параметрів тахометричних перетворювачів, що описують динамічний режим їх роботи і забезпечують потенційне підвищення достовірності за рахунок використання таких інформативних параметрів як миттєва кутова швидкість, момент інерції, момент опору.

Практичне значення одержаних результатів полягає, насамперед, у створенні ІВС контролю параметрів ТП з підвищеною достовірністю контролю. Результати теоретичних досліджень дозволили розробити методи, алгоритми, структури і засоби для створення такої ІВС, зокрема: рекомендації з розробки ІВС контролю параметрів ТП; структурні схеми технічних засобів ІВС та алгоритми керування ними; алгоритми та програмне забезпечення для: комп'ютерного моделювання ТП, визначення параметрів ТП; визначення метрологічних характеристик. Одержані практичні результати впроваджено на ВАТ "Ямпільський приладобудівний завод" та у Вінницькому національному технічному університеті в навчальний процес кафедри метрології та промислової автоматики.

Особистий внесок здобувача. Основні теоретичні, розрахункові та експериментальні результати з формулюванням відповідних висновків отримано автором самостійно.

Окремі результати отримані в співавторстві, у цих випадках особистий внесок автора у патентах на винахід, статтях та тезах доповідей такий: [1,10] - отримано аналітичні залежності для ризиків виробника та замовника у разі підстановки в них функції Іордана; [2, 9] - розроблено структурну схему установки для калібровки тахометрів у статичному та динамічному режимах роботи; [3] - проведено дослідження існуючого метрологічного забезпечення для калібровки тахометрів; [11] - виконано оцінку метрологічних характеристик нової системи калібровки тахометрів.; [6] - розроблений пристрій для проведення перевірки тахометрів; [7] - розроблено модель системи для повірки тахометрів та проведена оцінка її достовірності; [8] - розроблено методику атестації; [4] - здійснено математичне моделювання статичних метрологічних характеристик; [5] - запропоновано методику визначення необхідної точності вимірювань.

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати виконаних в дисертаційній роботі досліджень доповідалися та обговорювались на міжнародних і регіональних науково-технічних конференціях, а саме:

1. Точність вимірювань в системах технічної діагностики - Шоста міжнародна НТК "Контроль і управління в технічних системах." (КУСС-2001). м. Вінниця, 8-12 жовтня 2001 року.

2. Дослідження тахометричних перетворювачів у динамічному режимі - ІХ - науково-технічна конференція "Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах (м. Хмельницький, 13 - 16 травня, 2004 року).

3. Оцінка метрологічних характеристик нової системи повірки тахометрів - IV Міжнародна науково-технічна конференція "Метрологія та вимірювальна техніка", (м. Харків 12-14 жовтня 2004 року).

4. Інформаційно-вимірювальна система для повірки тахометрів - XXXIV науково-технічна конференція професорсько-викладацького складу, співробітників та студентів університету, м. Вінниця, 2005 рік.

Публікації. Основний зміст роботи опублікований в 11 наукових публікаціях, зокрема 8 статей у фахових виданнях, що входять до переліку ВАК України, 2 статей у збірниках матеріалів і тезах доповідей науково-технічних конференцій, 1 патент України на винахід.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, п'яти розділів, основних висновків по роботі, списку літературних джерел (98 бібліографічних посилань на 8-ти сторінках) та 13 додатків (73 сторінки). Загальний обсяг дисертації, в якому викладено основний зміст, складає 161 сторінка і містить 64 рисунки та 12 таблиць. Повний обсяг дисертаційної роботи складає 243 сторінки.

Основний зміст роботи

У вступі до дисертаційної роботи обґрунтовано актуальність теми, зазначено зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами, сформульовано мету та задачі досліджень. Також наведено характеристики об'єкту і предмету досліджень, висвітлено наукову новизну і практичну цінність отриманих результатів та наведені відомості про публікації автора і апробацію результатів дисертаційної роботи.

У першому розділі на основі аналізу інформаційних джерел та публікацій за напрямом дисертаційних досліджень вводяться основні вихідні положення, обґрунтовано вибір предмету досліджень.

Встановлено особливості тахометричних перетворювачів як об'єктів контролю, а саме: поширеною технічною задачею є вимірювання частоти обертання валів в процесі роботи різноманітного обладнання. Для вирішення цієї задачі використовуються тахометричні перетворювачі, які призначені для неперервного, дистанційного перетворення частоти обертання валів агрегатів у послідовність імпульсів струму чи напруги.

В процесі роботи тахометричні комплекси повинні вимірювати та контролювати частоту обертання, працювати в динамічному та статичному режимах роботи. При несправному ТП виникає неправильне вимірювальне перетворення частоти обертання, внаслідок чого можуть виникнути різноманітні аварійні ситуації або неправильний облік енергоресурсів. Це може призвести до значних економічних втрат.

Проведено аналіз існуючих ІВС контролю параметрів ТП, визначено їх основні характеристики, принципи побудови, встановлено переваги та недоліки, в результаті чого сформульовано вимоги до нової ІВС контролю параметрів ТП. Зроблено висновок, що існуючі методи та ІВС не дозволяють у повній мірі вирішити задачу визначення параметрів ТП з достатньою достовірністю, що пов'язано з притаманними їм недоліками. Достовірність таких ІВС невисока із-за невеликої кількості параметрів, що контролюються та застосованих методів. Проведено аналіз сучасного стану метрологічного забезпечення ІВС контролю параметрів ТП, в результаті чого виявлено причини, що зумовлюють виникнення методичної та інструментальної складових достовірності контролю параметрів ТП, намічено шляхи підвищення достовірності результатів контролю. Проведений аналіз дозволив сформулювати задачі дослідження.

У другому розділі проведена розробка методів та засобів підвищення методичної складової достовірності контролю параметрів ТП.

На основі проведених досліджень сформульовано узагальнені принципи побудови ІВС контролю параметрів ТП. Тобто, нова ІВС повинна мати властивості, які забезпечують виконання наступних операцій: формування зразкових значень контрольованих параметрів; порівняння фактичних значень контрольованих параметрів з їх зразковими значеннями; винесення рішення про стан об'єкта в цілому. Запропоновано функціональну схему ІВС контролю параметрів ТП, що розробляється.

ІВС працює наступним чином: на виході мікропроцесорної системи (МПС) формується встановлений (заданий) сигнал частоти, і подається через частотний регулятор (ЧР) на вхід електричного двигуна, на виході якого формується заданий динамічний процес зміни кутової швидкості. Ця кутова швидкість вимірюється тахометричним перетворювачем, що є робочою мірою (ВТП) та тахометричним перетворювачем, що контролюється (ПТП), який підключений через муфту спряження МС. Вимірювальна інформація з виходів ВТП та ПТП поступає до МПС. В МПС проводиться вимірювання цих процесів та оцінювання відносних похибок ПТП. Визначаються також прискорення.

Для дослідження можливості побудови ІВС з різними типами електродвигунів проведено імітаційне моделювання запропонованої системи за допомогою програмного забезпечення MatLab пакету Simulink. Використання цієї моделі дозволило проаналізувати характеристики ІВС з різними типами двигунів (синхронний, асинхронний, постійного струму), з різними типами сигналів керування (лінійний та експоненціальний), а також визначити вплив муфти спряження.

Як видно з таблиці 1, двигун постійного струму має найменшу абсолютну охибку відтворення зразкового сигналу та малий час перехідного процесу при статичному сигналі, а також при зростаючому сигналі. Тому він є найбільш придатним до застосування в ІВС контролю параметрів ТП.

Таблиця 1. Похибки та перехідний процес в системі

Використаний електродвигун	ДПС	СД	АД
Мах похибка в динамічному режимі, рад/с	0,4	1	14
tпп при зростаючому сигналі, с	0,3	0,2	0,6
tпп при статичному сигналі, с	0,1	0,38	2,2

Проведено дослідження форми зразкового сигналу (лінійний та експоненціальний сигнал.

Досліджено вплив муфти спряження при зміні моменту опору на 1Нм, 5 Нм.

Оцінено вплив параметрів ТП на кутову швидкість у динамічному режимі роботи. Для дослідження динаміки електромеханічної системи найбільш зручними є рівняння Лагранжа-Максвела. Аналітичний розв'язок цих рівнянь відносно руху механізму з приводом від електродвигуна при постійному приведеному моменті інерції дозволив отримати аналітичну залежність для визначення кутової швидкості у динамічному режимі.

Аналіз отриманих залежностей показав, що параметр можна визначити лише в динамічному режимі роботи електродвигуна, а параметр можна визначити як в динамічному, так і в статичному режимах роботи електродвигуна. Найбільш чутливим до є статичний режим.

Запропоновано метод визначення параметрів ТП у динамічному режимі роботи до яких відносяться такі параметри, як момент інерції ротора та момент опору .

Оскільки при диференціюванні швидкозмінних сигналів виникають суттєві похибки, було проведено аналіз методів фільтрації (дискретних рекурентних алгоритмів усереднення), з метою отримання поточних середніх значень сигналів без суттєвого спотворення динаміки досліджуваних процесів. Отже, було досліджено алгоритми усереднення:

- із безкінечною пам'яттю; (5)

- з постійним коеф. корекції (6)

- із кінцевою пам'яттю (7)

На основі проведеного аналізу для подальшого використання вибрано алгоритм усереднення із постійним коефіцієнтом корекції, який на відміну від інших є найбільш ефективним для даного дослідження.

Запропоновано алгоритм визначення параметрів динамічного режиму роботи ТП.

У третьому розділі здійснено розробку методів підвищення інструментальної складової достовірності контролю параметрів ТП.

Система складається з числового вимірювального перетворювача (ЧВП) 1, до складу якого входить змінна частотна міра (ЗЧМ) 2, цифровий вихід якої підключено до ЦАП. Сигнал з ЦАП подається на пристрій керування 3, вихідний сигнал якого перетворюється у вхідний сигнал який керує приводом 4, кутова швидкість обертання якоря якого вимірюється взірцевим сенсором 5, вихід якого під'єднано до ЧВП, на який також подається вихідний сигнал ТП, що перевіряється 6.

Встановлено, що для кожного значення вимірюваної кутової швидкості є ефективне число штрихів первинного тахометричного перетворювача, при якому результуюча середньоквадратична похибка вимірювання мінімальна.

З вище сказаного слідує, що змінюючи число штрихів модулятору, тобто змінюючи розрізнювальну здатність, можна мінімізувати похибку вимірювання для будь якого значення кутової швидкості.

Проведено оцінку статичних метрологічних характеристик вимірювального перетворення кутової швидкості. Рівняння перетворення вимірювального каналу (ВК) кутової швидкості

.

Розклавши в

 ряд Тейлора в точці , отримаємо номінальну функцію вимірювального перетворення

. (9)

Абсолютна похибка нелінійності номінальної функції ВП

. (10)

Відносна похибка нелінійності номінальної функції перетворення

. (11)

Абсолютна мультиплікативна похибка ВП кутової швидкості

. (12)

Абсолютна адитивна похибка ВП кутової швидкості

. (13)

Проведено аналіз можливості мінімізації похибки дискретного диференціювання при вимірюванні кутової швидкості. Встановлено, що для зменшення похибки квантування доречно застосувати вагові методи підвищення точності.

Оптимальна ВФ забезпечує зменшення відносної середньоквадратичної похибки квантування в V раз, причому це зменшення збільшується із ростом числа ділянок вагової функції.

Досліджено ймовірність помилки вимірювання кутової швидкості у динамічному режимі. При цьому динамічна похибка вимірювання кутової швидкості визначалася:

, (20)

де Аx(t) - сигнал на виході ПТП; Gx(t) - еталонний сигнал.

З використанням пакету прикладних програм Maple отримано аналітичні залежності для ризиків і при підстановці в них функцій Іордана. Так як в більшості випадків закон розподілу похибки та вихідної кутової швидкості не є нормальним, то пропонується використання в якості закону розподілу функції Іордана. На основі отриманих аналітичних залежностей ризику виробника та ризику замовника отримано значення достовірності з урахуванням значень СКВ вимірювального сигналу.

Визначено ризики виробника та замовника при гамма розподілі та при рівномірному розподілі похибки вимірювання кутової швидкості. Встановлено, що при гамма розподілі максимальна ймовірність помилки І-го роду дорівнює 0.05, а максимальна ймовірність помилки ІІ-го роду дорівнює 0.0006. При рівномірному розподілі ймовірність помилки І-го роду дорівнює 0.04, а ймовірність помилки ІІ-го роду дорівнює 0.0037.

У четвертому розділі наведено рекомендації щодо інженерного проектування ІВС. Запропоновано для побудови системи використати електродвигун постійного струму з широтно-імпульсним перетворювачем. Регулювання швидкості електродвигуна з широтно-імпульсним перетворювачем (ШІП) здійснюється зміною рівня середньої напруги на якорі двигуна постійного струму ДПС шляхом широтно-імпульсного модулювання постійної напруги напівпровідниковими (тиристорним або транзисторним) перетворювачами.

Система керування широтно-імпульсним перетворювачем містить широтно-імпульсний модулятор та два замкнених контури з від'ємним зворотнім з'єднанням по струму та швидкості, які виконані по принципу підлеглого регулювання.

В якості силових ключів можуть бути використані також GTO-тиристори, тиристори, напівкеруючі з штучною системою запирання або IGBT-транзистори.

Управління безколекторним електродвигуном постійного струму здійснюється за допомогою мікроконтролера AT90PWM3. Високопродуктивне AVR-ядро мікроконтролера, яке містить контролер силового каскаду, дозволяє реалізувати пристрій управління високошвидкісним безколекторним електродвигуном постійного струму ДПС з програмно-реалізованим контуром управління на основі ПІД-регулятора. тахометр алгоритм метрологія івс

У п'ятому розділі наведено методику метрологічної атестації ІВС контролю параметрів ТП з використанням комп'ютерних програм генерації цифрових тестових сигналів, а також представлено результати експериментальних досліджень.

Для вирішення складних задач вимірювання параметрів фізичних об'єктів використовуються вимірювальні системи, в яких важливим етапом отримання результатів вимірювання є складна обробка реалізації цифрових сигналів з використанням сучасної вимірювальної техніки. В складі таких систем поряд з аналоговими перетворювачами сигналів містяться аналого-цифрові перетворювачі і електронно-обчислювальні машини, які виконують обробку цифрових сигналів, тому метрологічна атестація даного засобу вимірювання є невід'ємною складовою його метрологічного забезпечення. Розроблено методику метрологічної атестації системи контролю параметрів ТП на основі теорії невизначеності вимірювань. Знайдено стандартні невизначеності типу А для кожної групи спостережень за формулою

. (21)

Стандартну невизначеність типу А в динамічному режимі роботи UАд для кожної групи спостережень при різних інтервалах виходу на задані частоти обертання розрахуємо за формулою

, (22)

де

- різниця між середніми значеннями заданих частот обертання і середніми значеннями виміряних частот обертання для кожної із груп спостережень.

При підстановці розрахованих на різних частотах обертання стандартних невизначеностей типу А у формулу сумарної невизначеності, отримано такі сумарні невизначеності для всього діапазону вимірювань:

статичний режим =1,29 об/хв; динамічний режим =12,02 об/хв.

Оцінено складові сумарної стандартної невизначеності за типом В невиключених залишків систематичної похибки результатів вимірювань.

Враховуючи значення стандартних невизначеностей невиключених залишків, обчислено сумарну стандартну невизначеність типу В результату вимірювань, яка дорівнює

об/хв.

Сумарну невизначеність результатів вимірювань частот обертання розрахуємо за формулою

.

Таким чином, підставляючи розраховані значення сумарної стандартної невизначеності типу А та сумарної стандартної невизначеності типу В, отримано такі значення сумарної невизначеності результатів вимірювань: для статичного режиму =1,51об/хв; для динамічного =12,05 об/хв.

При рівні довіри р=0.95, з врахуванням припущення про нормальність закону розподілу, знайдено розширені невизначеності за формулами:

=1,96?1,51 об/хв;

=1,96?12,05 об/хв.

Максимальну відносну розширену невизначеність вимірювання кутової швидкості розрахуємо за формулою

.

- для статичного режиму - 0,03 %; - для динамічного режиму - 0,22 %.

Висновки

Для розв'язання наукової задачі недостатньої достовірності контролю параметрів ТП, які працюють в динамічних режимах, за рахунок використання методів вимірювання та визначення параметрів динамічного режиму ТП, зменшення похибок вимірювання, було розвинуто відомі теоретичні, метрологічні, інженерно-технічні методи. В результаті проведених в дисертаційній роботі теоретичних та експериментальних досліджень було розроблено ІВС контролю параметрів ТП, яка працює як в статичному, так і в динамічному режимах. При цьому одержані такі основні наукові результати:

1. Запропоновано структурно-алгоритмічний підхід щодо побудови ІВС контролю параметрів тахометричних перетворювачів, який використовує динамічний режим роботи тахометричних перетворювачів і дозволяє підвищити методичну складову достовірності контролю;

2. Розроблено та досліджено модель ІВС контролю параметрів ТП, яка дозволяє врахувати вплив первинного вимірювального перетворювача, вимірювального каналу та числового перетворювача, та з високою точністю описують фізичні процеси, які протікають в них;

3. Розроблено метод визначення параметрів тахометричних перетворювачів, що описують динамічний режим їх роботи і забезпечують потенційне підвищення достовірності за рахунок використання таких інформативних параметрів як миттєва кутова швидкість, момент інерції, момент опору;

4. Проведено аналіз стабільності роботи ІВС контролю параметрів ТП з різними типами електродвигунів: асинхронним, синхронним, постійного струму. За результатами досліджень за основу було вибрано двигун постійного струму, який має найменшу похибку відтворення кутової швидкості в динамічному режимі.

5. Проведено аналіз методів фільтрації вимірюваної кутової швидкості, який показав шляхи підвищення методичної достовірності діагностування за рахунок зменшення похибок визначення кутового прискорення.

6. Запропоновано алгоритм визначення параметрів динамічного режиму роботи ТП.

7. Розроблено ІВС контролю параметрів ТП, що включає в себе робочу міру частоти, яка на відміну від існуючих дозволяє задавати функцію зміни кутової швидкості. Це дає можливість реалізувати функції контролю параметрів ТП в динамічному режимі. Розглянуто структуру побудови вимірювального каналу кутової швидкості, виведено рівняння перетворення та висвітлено способи зменшення похибки квантування. Запропоновано алгоритм вимірювання кутової швидкості в динамічному режимі.

8. З використанням розкладу функції вимірювального перетворення в ряд Тейлора визначено статичні метрологічні характеристики вимірювального перетворення кутової швидкості та моменту інерції. Отримано залежності для визначення динамічних характеристик вимірювального каналу кутової швидкості, а також проведена їх оцінка.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Поджаренко В.О., Кучерук В.Ю., Севастьянов В.М. Войтович О.П. Точність вимірювань в системах технічної діагностики // Вісник Вінницького політехнічного інституту. - 2001. - №6(39). - С. 41-45.

2. Поджаренко В.О., Поджаренко А.В., Севастьянов В.М. Дослідження тахометричних перетворювачів у динамічному режимі // Вісник Технологічного університету Поділля. - 2004, - Т.1/60, Ч.1, №2. - С. 101-103.

3. Поджаренко В.О., Севастьянов В.М. Огляд засобів та метрологічного забезпечення повірки тахометрів // Вісник Східноукраїнського національного університету - 2004. -№6(76). - С. 118-123.

4. Поджаренко В.О., Васілевський О.М., Севастьянов В.М. Оцінка статичних метрологічних характеристик вимірювальних каналів вібрації // Український метрологічний журнал (Державне науково-виробниче об'єднання „Метрологія", м. Харків). - 2005. - № 2. - С. 60 - 65.

5. В.О. Поджаренко, В.Ю. Кучерук, В.В. Кухарчук, О.П. Войтович, В.М. Севастьянов Визначення вимог до точності вимірювань в системах технічної діагностики // Вимірювальна техніка та метрологія. - 2001. - №58. - С. 138-142.

6. Деклараційний патент України на винахід 20031211553, А G01P/00. Установка для перевірки тахометрів: Пат. 20031211553, А G01P/00 Поджаренко В.О., Кучерук В.Ю., Войтович О.П., Севастьянов В.М.; - № 71265; Заявл. 15.12.2003; Опубл. 15.11.2004, Бюл. №11. - 7 с.

7. Поджаренко В.О., Кучерук В.Ю., Войтович О.П., Севастьянов В.М. Оцінка достовірності моделі системи для повірки тахометрів // Вісник Національного університету „Львівська політехніка". Серія: Автоматика, вимірювання та керування: Зб. наук. пр. - Львів: Видавництво НУ „Львівська політехніка", 2005. - №530. - С. 110-115.

8. Поджаренко В.О., Кучерук В.Ю., Севастьянов В.М. Метрологічна атестація алгоритму вимірювання кутової швидкості // Вісник Національного університету „Львівська політехніка". Серія: Автоматика, вимірювання та керування: Зб. наук. пр. - Львів: Видавництво НУ „Львівська політехніка", 2006. - №551. - С. 155-159.

9. Поджаренко В.О., Кучерук В.Ю., Севастьянов В.М., Войтович О.П. Установка для повірки тахометрів // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: Обчислювальна техніка та автоматизація: Зб. наук. пр. - Донецьк: ДонНТУ, 2004. - Вип. 74. - С. 396-400.

10. Поджаренко В.О., Кучерук В.Ю., Войтович О.П., Севастьянов В.М. Точність вимірювань в системах технічної діагностики // Контроль і управління в технічних системах: Тези доповідей VI міжнародної науково-технічної конференції. Вінниця, 17-19 жовтня, 2001 р. - Вінниця; УНІВЕРСУМ-Вінниця; Вінниця, 2001. - С. 107.

11. Поджаренко В.О., Севастьянов В.М. Оцінка метрологічних характеристик нової системи повірки тахометрів // Метрологія та вимірювальна техніка: Наукові праці IV міжнародної науково-технічної конференції. Харків, 13-15 жовтня. 2004 р. - Харків, ХДНДІМ., 2004. - Т.2. - С. 286-289.

Размещено на Allbest.ru

...