Способ юстировки дифференциального измерительного преобразователя

Предлагаемый способ относится к измерительной технике и может быть использован при настройке измерительных преобразователей в аналоговых системах обратной связи технологических машин-автоматов. Он заключается в настройке начала отсчета преобразователя и последующей градуировки его выходного сигнала. Отличительными особенностями способа является то, что предварительно определяют распределение вероятности параметра, измеряемого преобразователем во всем его рабочем диапазоне. Затем выбирают наиболее вероятное значение параметра и начало отсчета преобразователя настраивают на это значение. Техническим результатом применения предлагаемого способа является обеспечение его работы с минимальной абсолютной погрешностью (максимальной точностью) и наибольшей вероятностью. 2 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при настройке измерительных преобразователей в аналоговых системах обратной связи технологических машин-автоматов.

В настоящее время способы юстировки измерительных преобразователей в системах обратной связи, и вообще в измерительной технике, известны. Так, в частности, инкрементные преобразователи перемещении типа датчиков импульсов, применяемые в станках с ЧПУ и т.п. юстируются так, чтобы их начало отсчета совпадало с серединой импульса (кванта перемещения) (см., например, книгу «Э.И. Гитис, Е.А. Пискулов. Аналого-цифровые преобразователи. М.: Энергоиздат. 1981»).

В аналоговых системах юстировку производят иначе. В таких системах применяют измерительные преобразователи не инкрементные, а дифференциальные (абсолютные). Их юстировку производят, с помощью имеющегося в них смещения начала отсчета, путем установки (настройки) начала отсчета на нулевые значения измеряемого параметра с последующей градуировкой его выходного сигнала. (см. сайт «en.ppt-online.org. Характеристики одновременного воздействия аддитивной и мультипликативной погрешностей на функцию преобразования»). Именно такой способ юстировки принят в качестве прототипа.

Существующий способ юстировки довольно прост, однако, он имеет существенный недостаток. Он исходит из представления о равномерном распределении вероятностей измеряемого параметра во всем рабочем диапазоне измерения, что в действительности не всегда имеет место.

Как правило, всякий аналоговый измерительный преобразователь с номинальной характеристикой Y=f(X), где X – измеряемый параметр, а Y – выходной сигнал преобразователя, выдает сигнал с погрешностями.

Указанные погрешности подразделяются на два вида: аддитивные и мультипликативные. Первая, или погрешность начала отсчета преобразователя, обычно постоянна по всей длине характеристики преобразователя и имеет некоторую величину α. Вторая же пропорциональна величине Y. В результате, абсолютная величина суммарной погрешности сигнала Y равна:

,

где в – относительная мультипликативная погрешность.

Поскольку Y=f(X), то Δ зависит от X, и каждому значению Х в рабочем диапазоне измерения соответствует свое значение Δ.

Настраивая начало отсчета преобразователя на нулевое значение измеряемого параметра, величину Δ делают минимальной, т. к. Y в этом случае равно нулю. При увеличении X, а значит и Y, Δ увеличивается, но это неизбежно, и при равномерном распределении вероятностей измеряемого параметра X все возможные значения Δ равновероятны. Но, если какое-либо значение X имеет вероятность большую, чем другие значения, то преобразователь выдает сигнал Y с соответствующей погрешностью чаще, чем с другими Δ. При многократных измерениях параметра Х, принимающего в рабочем диапазоне более вероятные значения, будет получаться, что преобразователь работает неточно с большой вероятностью. Между тем, это не всегда приемлемо. Зачастую допускается, чтобы преобразователь иногда все же выдавал сигнал Yс большими Δ, но в основном требуется, чтобы он работал как можно точнее, с наименьшими Δ.

В соответствии с изложенным, проблемой, подлежащей решению с помощью предлагаемого способа, является именно то, что преобразователь, юстируемый способом-прототипом, работает с неминимально возможными погрешностями с большой вероятностью.

Технически решение этой проблемы обеспечивается за счет того, что способ юстировки дифференциального измерительного преобразователя, включающий установку (настройку) начала отсчета и последующую градуировку выходного сигнала преобразователя, отличается от прототипа тем, что предварительно определяют распределение вероятностей измеряемого параметра во всем рабочем диапазоне измерения, затем выбирают наиболее вероятное значение параметра и начало отсчета преобразователя устанавливают (настраивают) на это значение. При этом в качестве измеряемого параметра используют механическое перемещение или, например, давление газа, а в качестве выходного сигнала, соответственно, электрическое напряжение или механическое перемещение, или аналогичные им физические параметры.

На фиг. 1 показана иллюстрация способа юстировки прототипа. На фиг. 2 иллюстрация предлагаемого способа. На обеих фигурах 1 – номинальная характеристика преобразователя Y=f(X), 2 – зона распределения аддитивной погрешности α, 3 – зона распределения мультипликативной погрешности , 4 – график возможной функции плотности вероятности параметра Х, Х_НО – начало отсчета Х, Δ – обозначение зоны распределения суммарной погрешности, соответствующей наиболее вероятному (модальному) значению Х=Х_М.

Покажем реализацию способа на примере. Пусть имеется измерительный преобразователь механического перемещения в напряжение реостатного типа с номинальной характеристикой:

,

где K =5 В/мм – чувствительность преобразователя.

Рабочий диапазон преобразователя 0-100 мм. Погрешность б=0,1 В, а погрешность в=5 %. Выходной параметр Х распределен по нормальному закону с плотностью вероятности:

,

где ;

у=15 мм;

При юстировке способом-прототипом, наиболее вероятная погрешность:

В пересчете на Х это составляет 2,52 мм.

При юстировке предлагаемым способом Д=б=0,1 В, что в пересчете на Х составляет 0,02 мм. Поскольку последнее получается при установке (настройке) начала отсчета на то градуировка выходного сигнала сводится к введению поправки на и, соответственно, на . То есть, выходной сигнал Y преобразователя будет соответствовать , откуда

. Характеристика или будет являться результатом градуировки.

Еще один пример реализации способа. Имеется преобразователь давления газа в угловое механическое перемещение стрелки-указателя (барометр), с номинальной характеристикой

,

где K – чувствительность преобразователя равна 0,1 бар/градус.

Рабочий диапазон барометра -2 бара…+4 бара. Погрешность б=0,01 град, а погрешность в=3 %. Выходной параметр также распределен по нормальному закону, но с .

При юстировке способом-прототипом наиболее вероятная погрешность:

что пересчете на Х составит 0,19 бар.

При юстировке предлагаемым способом Д=б=0,01 град, что в пересчете на Х составляет 0,1 бар. После установки начала отсчета на и градуировки выходного сигнала преобразователя получим характеристику последнего Y=, откуда .

Как видно из изложенного, техническим результатом применения предлагаемого способа является обеспечение его работы с минимальной абсолютной погрешностью (максимальной точностью) с наибольшей вероятностью.

Способ юстировки дифференциального измерительного преобразователя, включающий установку начала отсчета и последующую градуировку выходного сигнала преобразователя, отличающийся тем, что предварительно определяют распределение вероятностей измеряемого параметра во всем диапазоне измерения, затем выбирают наиболее вероятное значение параметра и начало отсчета преобразователя устанавливают на это значение.