Измерительные преобразователи

метки: Измерительный, Преобразователь, Классификация, Первичный, Заключение, Контактный, Погрешность, Значение

Измерения очень сильно влияют на решение научно-технических задач. Для каждого человека очень важную роль играет качество продукции. Именно поэтому вопрос о качестве занимает основное место.

Что такое качество? Качество — это совокупность признаков, характеристик и свойств, которые должны удовлетворять потребности потребителя.

А с помощью измерений человек изучает окружающий мир. Измерения занимают важное место в нашем мире. Они важны в разных отраслях, и в промышленности, и в науке, и в технике. В жизни каждую минуту происходят разные измерительные операции, по их результатам происходит обеспечение качества, которое необходимо для множества разных целей, в медицине, в экологии, в транспорте. Абсолютно в любой отрасли деятельности человека включается использование результатов измерений, контроля, испытаний.

Требования к повышению качества и надежности технических устройств непрерывно растут, в связи с этим появляется потребность к улучшению количества и качества измерений. В улучшении точности и скорости измерительных процессов, обязательно должны участвовать новые техники и развивающаяся наука.

Для развития измерительной техники используются мощные персональные электронно-вычислительные машины и разработки математического и программного обеспечения.

Актуальность заключается в том, чтобы повысить качество продукции, точности и быстродействия процессов, применив нынешние методы улучшения метрологических характеристик.

Один из способов улучшения качества измерительных преобразователей — это использование специальных методов для улучшения их метрологических характеристик, так же для корректировки погрешностей ИП.

В последние время, учитывая то, что вычислительная техника развивается все больше начинают использоваться алгоритмические методы корректировки погрешности, которые выполняются при обработке сигнала измерительной информации.

Измерительные преобразователи

Измерительные преобразователи — это средство, преобразующие физическую величину в измерительный сигнал или другую величину, это очень помогает в последующий преобразованиях, в хранение, передаче и обработке. Классификация измерительных преобразователей происходит по характеру входных и выходных величин, месту измерительной цепи и многими другими свойствами. Учитывая все это преобразования происходят с точностью и создают зависимость между входной и выходной величинами. Есть только один способ что бы построить измерительные устройства-это измерительное преобразование.

Основные метрологические характеристики средств измерений

... нужных средств измерений по точности и другим характеристикам; определение погрешностей измерительных систем и установок; оценку технического состояния средств измерений при их поверке. Все метрологические свойства средств измерений можно разделить на две ...

Виды измерительных преобразователей в измерительной цепи:

ь первичные

ь передающие

ь промежуточные

ь выходные

Первичный преобразователь (датчик) — это прибор который предназначен для преобразования измеряемых величин из одной в другую для того что бы в дальнейшем было удобно измерять или использовать их. Преобразованная величина может быть использована для любых целей.

Передающий преобразователь — нужен для того чтобы передавать измерительную информацию. Величина образуется на его выходе. Данный преобразователь может сразу выполнять роль первичного и передающего.

Промежуточный преобразователь — в измерительной цепи стоит сразу после первичного, занимает последующее место после первичного в измерительной цепи. Осуществляет разные операции преобразования измерительного сигнала: изменение физического рода величины и масштабные (линейные или нелинейные), масштабно-временные, аналого-цифровые, цифро-аналоговые, функциональные преобразования.

Выходной преобразователь — в измерительной цепи стоит после всех остальных преобразователей. Отвечает за регистрирующие устройства, которые занимаются значениями измеряемых величин.

Характеристики измерительных преобразователей

По признакам:

1) По видам входа и выхода сигналов (аналоговый или дискретный);

2) Физическая природа входа и выхода сигналов:

• Электрический вход—электрический выход;
• Неэлектрический вход—электрический вход;
• Электрический вход—неэлектрический выход;
• Неэлектрический вход—неэлектрический выход.

3) Принцип действия: механические, тепловые, акустические, электрические, магнитные, электромагнитные и др.

4) Облик преобразования энергии: генераторные, параметрические, радиационные.

Эти характеристики определяют качество и эффект в совместном использовании измерительных преобразователей.

Характеристики:

Диапазон измерения — это измеряемое значение величины, измерительным прибором, обозначаются как нижние и верхние измерения, максимальной и минимальной величинами параметров.

Чувствительность — это отношение между измеряемыми величинами на выходе и на входе. Отличается абсолютная S и относительная Sо чувствительности, которая описывается формулами:

S=Dу/Dх,

So=Dу/(Dх/х),

Dу— изменение выходной величины;

• х — измеряемая (входная) величина;
• Dх — изменение входной величины.

Порог чувствительности — действие происходящее на входе измерительного преобразователя, вызывающее наименьший эффект на выходе. По-другому говоря измерение величины, вызывающее минимальное изменение выходных величин. Порог чувствительности и чувствительность это разные понятия.

Точность — это самые близкие результаты измерений, к истинному результату измеряемой величины полученные в системе измерений. Общего способа определить точность пока нет. Но существуют погрешности для измерения точности. А пока что есть суждение погрешности для оценки точности в количестве. Тут имеется в виду несоответствие показаний приборов (номинальные значения мер) от истинных значений измеряемой величины (истинных значений).

Это является важнейшей характеристикой СИ.

Динамические характеристики — это характеристика инерционности средства измерений, бывают полные и частные:

Измерения электрических величин

... величины на входе измерительные преобразователи для электрических измерений делят на преобразователи электрических величин и преобразователи неэлектрических величин. Примерами преобразователей электрических величин в электрические ... для получения измерительной информации, ее преобразования, обработки с целью представления потребителю ... которых на входе и на выходе аналоговые сигналы; б) аналого- ...

Полные — это величины, достаточно сложные и не являются наглядными, позволяющие оценить погрешности, вызванные иррациональностью средств измерений. Это дифференциальное уравнение связывающее выходную и выходную величины.

Частные — это параметры полной динамической характеристики тут используются разные факторы:

• полоса частот измеряемой величины (в пределах которой динамическая погрешность не превышается;
• время установления выходной величины.

Надежность средств измерений — это важная характеристика средств измерений. Известно, из-за влияния скрытых дефектов в качестве измерительной техники, и определяется как вероятность возникновения ошибки в пределах допустимого диапазона. В зависимости от условий эксплуатации приборов и их применения для измерения, устанавливается допустимый уровень метрологического защиты. Оценка надежности происходит различных количественных характеристиках, среди которых можно выделить вероятность безотказной работы, частоту отказов, время безотказной работы, время между отказами и др. При всем при этом отказ это событие, после которого характеристики СИ выходят за пределы, которые вообще могут быть допустимы.

Номинальная статическая характеристика преобразования. — это зависимость между значениями величин на выходе и входе. Проедставляется в виде: таблицы, графика или формулы. Называние — градуировочная характеристика средств измерений. Использование номинальной характеристики сопровождается погрешностями, появившимися из-за разницы номинальной характеристикики от индивидуально-градуировочной характеристикики.

Индивидуальная градуировочная характеристика она описывает свойства конкретного экземпляра ИП. Когда происходит серийный выпуск зависимость между величинами описывается номинальной функцией или номинальной статистической характеристикойкой преобразования.

Градуировочная характеристика ИП это зависимость между входной (Dх) и выходной (Dу) величинами (рис. 1)

Рис. 1

Коэффициент преобразования — это отношение изменения сигнала на выходе ИП к его изменению на входе

Диапазон преобразования — это область где измеряется величина допускаемой погрешности преобразователя (т.е. абсолютная и относительная).

Преобразователи разделяются по направлению: механических, тепловых, химических, магнитных, биологических и др. физических величин.

Принцип действия делится на: генераторные, параметрические.

Классификация с принципом действия:

• Генераторные (параметрические)
• Эктромагнитные
• Тахогенереторы (магнитоупргие, индуктивные)
• Тепловые
• Термопары (терморезисторы)
• Оптические
• Фотоэлемент (фотодиод, фоторезистор и т.п.)

Например:

Рассмотрим тахогенераторы, они используются для того чтобы измерить скорость вращения объектов

Используют их в: устройствах электроприводов, транспортных средствах, станкостроениe и др.

У тахогенераторов бывают подвижные и неподвижные катушки.

Всеобщее устройство на рис. 2.

Рис. 2

Выходное напряжение тахогенераторов устанавливается как

Где:

К- статический коэффициент тахогенератора.

Напряжение на выходе подлежит корректировке, учитывая снижение напряжения.

;

Где:

U _щ — напряжение падения,

Rя- сопротивление цепи,

Rц- сопротивление ИЦ.

График реальной и идеальной функции (рис.3)

Рис. 3

На тахогенераторах анализируя переменный ток, выходная ЭДC будет такой:

;

Где:

Ф- осн. поток,

p- число полюсов (пар),

n- частота (вращения машины).

Погрешность получается 0.2….0.5%

Еще пример:

Рассмотрим оптические преобразователи

Они построены на использовании фотоэффекта.

Фотоэффекты делятся на 2 типа: внутренний и внешний.

Внутренний фотоэффект — это процесс, происходящий внутри кристаллической решётки твердого тела при воздействии светового потока. Там меняется энергетическое состояние носителей зарядов, оно ведет к их концентрации и происходит перераспределение внутри кристалла.

Этот тип свойствен для полупроводников и диэлектриков.

Внешний фотоэффект — это где электроны находятся в эмиссии под влиянием светового потока.

Погрешность — это отклонение между измеряемым значением величины от истинного значения. Мера точности измерения.

Выявление погрешности

• Метод Корнфельда, это выбор доверительного интервала в границах от меньшего до большего результата измерения, и погрешности — половина разности между наибольшем и наименьшем результатом измерений:
• Средняя квадратическая погрешность определяется по формуле:
• Средняя квадратическая погрешность для среднего арифметического:

Что бы определить погрешность измерительного преобразователя нужно знать функцию преобразования или градуировочную характеристику.

Y = f (X).

Все измерения обозначаются в ед. величины на выходе. И тут у погрешности присутствует различие на входе и выходе.

Номинальная функция — приписана измерительному устройству и прописана в паспорте, применяют при выполнении измерений.

Реальная функция — обладает конкретным экземпляром измерительного устройства.

Абсолютная погрешность по выходу (Dу) — это разность величин, входной (Yп) и выходной (Yп) которая определяется при помощи градуировочной характеристики, приписанной данному ИП.

Абсолютная погрешность по входу (Dх) — разность между значением величины на входе (Xп), которое устанавливается по действительному знач. на входе (Yп) с помощью градуировочной характеристики.

X _п = j(Y_п ),

Где:

j — обратное преобразование

Yп — фактическое значение сигнала на выходе;

Xп устанавливается по значению Yп сигнала на выходе с помощью функции преобразования

Еще Yп — значение выходного сигнала, которое вырабатывается преобразователем, лишенным погрешности.

Относительная погрешность входа (dх) — это отношение между абсолютной погрешностью входа к истинному значению величины входа.

Относительная погрешность выхода (dу) — это отношение между абсолютной погрешностью выхода к значению величины выхода, которое определяется значением величины входа градуировочной характеристикой.

Приведенная погрешность по входу (выходу) — это отношение между абсолютной погрешностью к нормирующему значению входа X _N (выходного Y_N ) сигнала.

Основные характеристики, определяющие качество измерительных преобразователей

В первую очередь самые важные аспекты для выбора измерительных преобразователей:

Погрешность — это мера точности измерения. Разница между измеряемым значением и истинным значением.

Результат измерений у измерительного преобразователя представляется в единицах выходной величины.

Диапазон измерения — это диапазон значений измеряемой величины, измеряемый данным прибором; он описывается верхним и нижним пределами измерений, самой маленькой и большой величиной, которая соответствует измерению имеющимся измерительным преобразователем.

Стоимость — это значимый аспект, который учитывается для выбора измерительного преобразователя. От стоимости зависит какая будет погрешность.

Срок службы — не менее значимый фактор, чтобы знать на сколько долго будет служить датчик.

Стоимость обслуживания — так же значимый аспект из важных характеристик при выборе измерительного преобразователя.

Все эти важные факторы будут очень важны покупателю при выборе и покупке датчика.

Разработка критериев качества

Центральной составляющей является метрологическое обеспечение систем качества.

Схема изображена на рис. 4.

Рис. 4. Метрологическое обеспечение систем качества

На (рис. 1) представлены основные составляющие метрологическое обеспечения систем менеджмента качества. В ходе контроля на каждой позиции измерения, осуществляется измерение одного или нескольких параметров, которые могут совершаться не одним типом ИП, а рядом альтернативных. Одно из важных характеристик метрологического обеспечения — это выбор ИП, которое гарантирует максимум точности измерений при минимуме затрат в процессе производства.

Рабочие ИП являются основным объектом исследований, поскольку использование конкретных измерительных позициях на производственном участке применяется выбор их типов. Для измерений можно выбрать разные ИП, на любой из измерительных позиций, которые потом будут обладать такими различными параметрами (метрологические, технические и эксплуатационные) и должны удовлетворять требования заказчика.

Этап первый. Исследования — это составление шкалы приоритетов параметров ИП. С помощью использования статистических методов можно провести исследование. Существует очень много баз данных по ИП, но все же порядок и форма и методы предоставления параметров в разных базах данных различаются.

Для решения задач надо трансформировать последовательность представления параметром ИП в определенную форму, в порядке убывания их значимости. Этот порядок называется шкалой приоритетов параметров ИП. Исследование, которое проведено заключается в статистическом анализе ряда паспортов ИП одинаковой физической величины (давление), которые берутся с сайтов изготовителей, их каталогов и других справочных источников, для построения шкалы приоритетов параметров ИП. Полученные из источников данные записаны в таблицу (табл. 1).

Таблица 1

Выборка из источников заводов — изготовителей

Параметр	№ ИП
	1	2	…	i	…	N-1	N
1
2
…
j
…
M-1
M

По данным формулам проводится обработка данных:

где i — номер ИП,

j — параметр ИП, выраженный в числовом виде,

N — число типов ИП,

M — число параметров.

Условие первого приоритета из числа М определяется выражениями:

где j принимает последовательно значения от 1 до М.

Когда соблюдены оба условия один из параметров получает наивысший приоритет.

Для построения гистограмм (рис. 5) берется отношение:

где j в числителе принимает последовательно значения j=1,2,…,j,…,M-1,M

Рис. 5. Распределение параметров по позициям в паспортах ИП

Параметр (что является диапазоном измерений) в 91 случаев из ста исследованных в паспортах стоит на первой позиции. После того как все данные статистического анализа получены, строится следующая таблица, в ней обозначается порядковый номер параметра, где выводится его частота повторяемости на позиции, которой он стоит в таблице. На ее основе была построена шкала приоритетов (табл. 2), где весовой коэффициент определяется для его применения при создании частных критериев качества всех параметров группы рассматриваемых альтернативных ИП. Параметру высшего приоритета присваивается наибольшее значение весового коэффициента (К _В ).

Далее значение К_В становится меньше для всех параметров, которые стоят ниже по определенному закону.

Таблица 2

Шкала приоритетов

Номер позиции	Параметр	Сколько раз встретился на этой позиции в %	К- коэффициент веса.
1	2	3	4
1	Диапазон измерений	91	40
2	Основная погрешность	90	38
3	Дополнительная Погрешность	50	36
4	Уровень выходного сигнала (мА)	48	34
5	Уровень выходного сигнала (мВ)	37	32
6	Уровень выходного сигнала (Гц)	15	30
7	Уровень чувствительности (мА/Па)	48	28
8	Уровень чувствительности (мВ/Па)	37	26
9	Уровень чувствительности (Гц/Па)	15	24
10	Напряжение питания	56	22
11	Рабочий диапазон температур	83	20
12	Пределы относительной влажности	83	18
13	Максимальная температура	83	16
14	Максимальные виброперегрузки	52	14
15	Длина ИП	73	12
16	Ширина ИП	71	10
17	Высота ИП	78	8
18	Диаметр ИП	81	6
19	Масса	85	4
20	Время наработки на отказ	51	2

Этап второй. Это составление требований к ИП со стороны заказчика. Эти требования должны быть представлены в определенной последовательности разработанной шкале приоритетов параметров ИП.

На базе разработки системы требований осуществляется поиск альтернативных типов ИП.

Этот поиск осуществляется в использование информации, которая находится на разных сайтах отечественных и зарубежных компаний-производителей, каталогах ИП, научно-технических журналах. Основным источником информации является специализированные БД, они содержат самую новую информацию о большинстве типов ИП, которые нужны для измерения какой-либо физической величины.

В конце поиска, пользователь получает информацию, что его требованиям удовлетворяют n типов ИП и для окончательного выбора нужно из n альтернативных типов ИП выбрать тип, который будет содержать высший уровень качества.

Этап третий. Разработка критериев качества.

Требования к этим критериям:

1. Отражать степень близости настоящего параметра ИП к требованному заказчиком. К примеру: если диапазон ближе, найденного в БД к заданному заказчиком, то их отношение стремится к единице.

2. Должен быть безразмерной величиной.

3. Должен определяться как свертка частных критериев качеств и так же быть безразмерной величиной (относится к интегральному критерию качества).

4. Наибольшее или наименьшее численное значение должно быть основанием для выбора наилучшего типа ИП из числа многих альтернативных.

Для сравнительной оценки разных типов ИП по всем параметрам, которые характеризуются числовыми значениями, необходим определенный подход и разработка частных критериев качества (ЧКК)

Один из значимых параметров любого ИП показывается диапазон измерения, который выступает в разности м/у верхним и нижним пределами измерений.

Пример разработки ЧКК для диапазона измерений (рис. 6).

Рис. 6 Диапазон измерений

Где

НПИ _(з) — нижний предел измерений;

ВПИ _(з) — верхний предел измерений;

• L — диапазон измерений, задаваемый заказчиком;

Г ₁ — нижняя допустимая граница предела измерения (которая может удовлетворить заказчика);

Г ₂ — верхняя допустимая граница предела измерений (которая может удовлетворить заказчика).

Допустим: заказчик хочет применить ИП с диапазоном измерения

L = ВПИ _(з) — НПИ_(з).

Затем производится поиск типов искомого ИП, который будет удовлетворять этому условию. Но может получиться так, что несмотря на большой объем типов ИП, который находится в БД, что никакие из них по диапазону не будет удовлетворять условию, которое задано в виде двух строгих числовых значений НПИ _(з) и ВПИ_(з) .

В конце поиска может оказаться, что база данных не содержит ни одного типа ИП. Чтобы не столкнуться с такой ситуацией, нужно перед тем как начать поиск, расширить диапазон измерения L до значений Г ₁ и Г₂ . И расширенный диапазон измерения будет выглядеть так:

L ₁ = (ВПИ_{( з )} + д₄ ) — (НПИ_{( з )} + д₃ ).

В итоге это даст выбор только тех типов ИП, у которых верхний и нижний пределы помещаются в диапазоны

Где:

ВПИ _(р) — верхний предел измерений ИП из БД;

НПИ _(р) — нижний предел измерений ИП из БД.

В общем случае можно не ограничивать верхнюю и нижнюю границы диапазона измерения, задав только условие

но тогда результатом поиска будут все типы ИП, что неудовлетворительно для пользователя потому что многие из выбранных типов ИП могут иметь слишком широкий диапазон измерений и так же будет большое значение абсолютной погрешности измерения, которое неудовлетворительно для пользователя.

По этому алгоритму должен предусматриваться поиск ИП по интервальным, а не точечным значениям НПИ _(з) и ВПИ_(з) . А затем после того как пользователь ввел значения НПИ_(з) и ВПИ_(з) в ЭВМ, программа сама по себе определит интервалы значений поиска д₃ и д₄ .

Если результат результаты поиска ЭВМ выдает, что в этой зоне обнаружено 1 или 2 типа ИП, это совсем для осуществления оптимального выбора, то тогда можно задатья второй цикл поиска. При том значения интервалов д ₃ и д₄ автоматически расширяются до значений 0,5L.

Долгая работа с поисковыми системами дает представление, что превращение точечных значений параметров поиска в интервальные не нуждается в увеличении интервальных значений до величин, которые будут превышать 50% заданного диапазона измерения.

Допустим что учитывая вышесказанное, алгоритм поиска пользователь получил на выходе поисковой системы n типов ИП, удовлетворяющее условиям поиска по диапазону измерения.

Затем составляется частный критерий, который будет осуществлять оценку качества каждого из n типов ИП и выбирать оптимальный тип.

Главной при осуществлении этого критерия значится степень близости реального диапазона измерений к необходимому.

Этот критерий оценки качества представляется так:

Где:

K ₁ — весовой коэффициент, тут зависит численное значение от приоритета параметра по сравнению с другими анализируемыми параметрами;

д ₁ — расстояние от заданного значения нижнего предела (НПИ_(з) ) до нижнего предела (НПИ_(р) ) измерений;

д ₂ — расстояние от заданного значения верхнего предела (ВПИ_(з) ) до верхнего предела (ВПИ_(р) ) измерений;

L = ВПИ _(з) — НПИ_(з) — номинальный диапазон измерения (который задает заказчик).

При идеальном совпадение диапазона измерения изучаемого ИП с определенным пользователем д ₁ = 0, д₂ = 0 и критериальная оценка А₁ = К₁ .

А если для пользователя диапазон измерения на выборе ИП значится приоритетом № 1, то весомый коэффициент должен быть максимальным, и его величина будет зависеть от числа параметров, производивших выбор искомого типа ИП.

Допустим: таких параметров к примеру 5 и пользователь задаст дальнейшие приоритеты: диапазон измерений, допустимая погрешность, диапазон температур, размеры и масса, то в этом случае весовой коэффициент К ₁ может быть принят равным 20, К₂ следующего частного критерия 16, дальше 12, 8 и 4.

Наибольшее значение и шаг уменьшения весового коэффициента не подразумевает принципиального значения и в известной мере носит произвольный характер.

Допустим: К ₁ = 20, тогда частная критериальная оценка, анализируемого ИП, находиться в диапазоне от А₁ = 20 (д₁ = д₂ = 0) до А₁ = 0 (д₁ + д₂ = L).

Создание частного критерия для оценки качества анализируемого ИП по значению абсолютной погрешности Д, установленный заказчиком приоритетом №2.

Основная приведенная или относительная погрешность ИП будет больше величиной абсолютной погрешности Д при фиксированном значение, если будет шире диапазон измерения ИП.

Максимальное значение абсолютной погрешности анализируемого ИП имеет выражение:

Где:

• L -диапазон измерения искомого типа измерения (который задал заказчик);
• г -значение основной приведенной погрешности (которое задал заказчик).

Выше было сказано, что поиск различных типов ИП по точечной оценке какого-либо параметра может дать отрицательный результат. Поэтому нужен переход к интервальному заданию значений абсолютных погрешностей (которые приемлемы заказчику).

С права граница интервала Д _Н как видно на рис. 7 не может быть выше, так как тогда погрешность результатов измерений будет выше максимально-допустимого значения Д_Н (который пользователь задал).

Рис. 7

С экономических позиций существенно неприемлемо расширять диапазон измерения влево, сторону уменьшения значения Д. И в этом случае разумно ограничить диапазон допустимых погрешностей искомых ИП значением Д _ДОП, при котором стоимость ИП возрастет не более чем на 10-15% в сравнение с СИ, которое имеет абсолютное значение погрешности Д_Н .

В итоге после применения информационно-поисковой системы абсолютная погрешность Д _Р (рис. 2.2) одного из типов ИП окажется в заданном интервале Д_ДОП ч Д_Н , тогда частная критериальная оценка качества ИП по параметру точности будет выглядеть так:

где К ₂ — весовой коэффициент для параметра второго приоритета, ко-торый равен 16.

Из этого исходит:

что при г _р = г_з и (ВПИ_(р) — НПИ_(р) ) = (ВПИ_(з) — НПИ_(з) )

значение частного критерия A ₂ = 16,

что отвечает наибольшему значению критериальной оценки качества ИП по этому параметру.

В другом варианте Д _Р будет меньше Д_Н и тогда A₂ соответственно будет меньше 16.

Если условие г _р < г не осуществляется, то такой тип датчика не попадет в число n ИП, которые в свою очередь будет удовлетворять поиск.

В сумме количественная оценка качества анализируемого датчика определяется численной оценкой, в которую входит сумма частных критериальных оценок каждого из его параметров, которые входят в число приоритетных.

В данном случае:

Где:

• частная критериальная оценка качества ИП по i-му параметру, где общее число равно N.

Оптимальным будет являться то ИП у которого вели-чина будет иметь максимальное значение (из числа которое конкурирует).

Этап четвертый — оценка экономических затрат.

При определении интегральных критериев в число параметров не была введена стоимость единицы измерения в число параметров, так как в условиях рыночной экономики эта цифра в существенной мере является не-определенной (часто меняется).

Из этого следует что на линии с интегральным критерием качества идет предложение об еще одном интегральном критерии, который будет описывать стоимость единицы качества, и из этого следует отношение:

Где:

С _Т — текущая рыночная стоимость ИП,

л _{И П} — интегральный критерий качества, определяющий этого конкретного ИП по выше рассказанной методике.

Зная стоимость каждого анализируемого ИП, то будет правильнее использовать более высокий интегральный критерий качества, условно называвший себя “стоимость единицы качества”. Обозначается он через . Тут, для каждого из альтернативных ИП, определяется критерий стоимости с применением выражения:

• Где: — стоимость каждого из ИП, входившие в число анализируемых (конкурирующих);
• интегральные критериальные оценки каждого из N ИП.

С позиции “стоимость — качество” понятно, что оптимальным из числа N будет ИП имеющий минимальное значение критерия .

Методика выбора лучшего ИП из числа альтернативных, позволяет оценить качество ИП в количественной форме, эта методика основывается на использовании частных и интегральных критериях качества.

Интегральный критерий первого типа описывается безразмерной величиной и выражается сверткой частных критериев, которые характеризуют каждый из параметров альтернативных типов ИП.

При известной стоимости ИП, интегральный критерий второго типа позволяет количественно дать оценку стоимости единицы качества каждого из альтернативных ИП. Этот метод не требует применения дорогих методов экспертного определения оптимального ИП из числа альтернативных.

измерительный преобразователь тахогенератор качество

Алгоритмические методы повышения качества измерительных преобразователей

Со временем требования к уровню качества технических устройств все растут и растут, поэтому появляется требования повышения качества измерений, которые проводятся на всех этапах жизненного цикла продукции. Что бы обеспечить качество измерений в наше время, нужно использовать передовые достижения науки и техники.

Интеллектуализация — это развитие современных средств и измерительной техники, которое является наиболее продуктивным и эффективным. В работе под понятием интеллектуализация понимается высший в настоящее время уровень автоматизации, связанный с использованием мощных ЭВМ и передовых достижений в области разработки программного обеспечения (ПО).

Улучшение качества точности и качества измерений используя современные методы улучшения метрологических характеристик, строящихся на принципах алгоритмической коррекции погрешностей на данный момент актуальная задача. Так же необходимо решение задачи совместного применения современных достижений в отрасли информационных технологий для решения метрологических задач.

Применение специальных методов что бы совершенствовать метрологические характеристики является одним их возможных способов повышения качества ИП, так же для корректировки основных и дополнительных погрешностей ИП.

Основным свойством методов алгоритмической коррекции погрешностей является обеспечение ими уменьшения погрешностей путем выработки корректирующего сигнала, соответствующего текущей погрешности ИП. Следовательно, для реализации этих методов необходима оценка погрешности для выработки соответствующего корректирующего сигнала.

Оценку погрешности ИП можно выполнить экспериментально или расчетным путем.

При оценке погрешности с целью ее алгоритмической коррекции необходимо знать зависимость погрешности от вызывающих ее факторов и систематически измерять значения воздействующих факторов.

Корректирующий сигнал Z _к можно определить с помощью одного из трех методов:

1. измерения воздействующих факторов о ₁ , о , … , о_n и расчета погрешности по заранее известной для данного ИП зависимости Д = Ш(о₁ , о , … , о_n )

2. измерения погрешности ИП на выходе — Д _в ;

3. измерения погрешности ИП на входе — Д.

Этим трем методам определения корректирующего сигнала соответствуют методы коррекции погрешностей

1. метод вспомогательных измерений,

2. метод образцовых сигналов,

3. метод обратного преобразования.

Алгоритмическая коррекция погрешности может осуществляться с помощью введения поправок в программном обеспечении при обработке измерительного сигнала.

В последнее время, учитывая развитие вычислительной техники все больше используются алгоритмические методы корректировки погрешностей, которые выполняются при обработке сигнала измерительной информации с помощью программного обеспечения по заданному алгоритму.

Широкое внедрение заработали алгоритмы для корректировки нелинейности функции преобразования с использованием метода образцовых сигналов.

Эти алгоритмы корректировки строятся на математических моделях функции преобразования ИП, которые отображают существующие взаимосвязи между значениями измеряемой величины и значениями выходного сигнала ИП.

Форма реальной функции преобразования, которая детально и точно описывает зависимость выходного сигнала от входного для конкретного ИП, может быть слишком сложной для практического применения, поэтому анализ сигналов по высокоточным формулам не имеет особого смысла, если повышение точности расчетов и соответствующее усложнение систем не предоставит видимого эффекта в улучшении точности обработки данных.

Учитывая все эти условия появляется задача аппроксимации — представления произвольных сложных функций f(x) простыми и удобными для практического использования функциями ц(x) получается, чтобы отклонение ц(x) от f(x) в области ее задания было самым маленьким по определенному критерию приближения.

Получается, при построении математической модели функции преобразования необходимо выбрать такую функцию f (x _k , a0, a1, …, an), которая будет описывать минимальные отклонения от реальной характеристики. Функцию f (x_k , a0, a1, …, an) называют регрессией величины y на величину х. Регрессионный анализ задает функцию f (x_k , a0, a1, …, an) и определяет численные значения ее параметров a0, a1, …, an, которые обеспечивают самую маленькую погрешность приближения к множеству значений y_k . Для расчета коэффициентов при регрессионном анализе обычно используют метод наименьших квадратов (МНК).

Температура, как правило, вносит большой вклад в дополнительную погрешность ИП. Температура может повлиять на изменение начального значения сигнала (что приводит к появлению аддитивной составляющей температурной погрешности) и чувствительности ИП (приводит к появлению мультипликативной составляющей погрешности).

Метод образцовых сигналов для корректировки дополнительной температурной погрешности не всегда удобен, так как температура может меняться в процессе выполнения измерений. Поэтому, метод вспомогательных измерений, который заключается в добавлении в структурную схему ИП чувствительного элемента, который реагирует на изменение температуры, будет применить удобнее. Если использовать ИП дифференциального типа, то возможно произвести алгоритмическую коррекцию и без изменения структурной схемы.

Выводы

Измерительные преобразователи занимают очень важное место в развитии нашего мира. Так как без измерений в нашем мире никакой науки и техники бы не существовало. Не было бы такого развития технологий, не появлялись бы новые инновации и не было бы такого прогресса.

Конечно же, качество стоит на важнейшем месте в абсолютно любой сфере. В моей работе я разбирала и расписывала методику оценки качества ИП. В первую очередь я расписывала характеристики, в том числе и основные характеристики ИП, они и определяют качество. Затем описываются критерии, в этом разделе описывается разработка и все показано на примерах. Главной сутью работы является исследование алгоритмических методов повышения качества ИП.

В результате рассмотрения на примерах и заключения, можно прийти к выводу, что для измерений используются все различные измерительные преобразователи, которые содержат необходимый набор качеств, в следствии чего удовлетворяют потребности покупателей. Потребности в качестве растут с каждым днем, поэтому требуются все новые и новые методы совершенствования качества измерений и передовые достижения науки и технологий.

Библиографический список

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kursovaya/izmeritelnyie-preobrazovateli/

1. Филимонов В.В., Юрин А.И., Скачко Ю.В. Коррекция погрешности частотно-цифрового средства измерений линейных перемещений. Труды Российского научно-технического общества радиотехники, электроники и связи имени А.С. Попова LXI научной сессии, посвященной дню радио — М.: Инсвязьиздат, 2006 — с. 65 — 66.

[http://tekhnosfera.com/issledovanie-metrologicheskih-harakteristik-i-razrabotka-metodov-avtomaticheskoy-korrektsii-pogreshnostey-mehanicheskih-r]

2. Юрин А.И., Филимонов В.В., Скачко Ю.В. Автоматическая коррекция погрешностей механических резонаторных преобразователей. Труды Российского научно-технического общества радиотехники, электроники и связи имени А.С. Попова LXI научной сессии, посвященной дню радио — М.: Инсвязьиздат, 2006 — с. 69 — 71.

[http://www.dissercat.com/content/issledovanie-metrologicheskikh-kharakteristik-i-razrabotka-metodov-avtomaticheskoi-korrektsi]

3. Yurin A.I., Kartsev E.A., Dmitriev A.V. Methods of Correcting the Additional Temperature Error of Resonator Sensors // Measurement Techniques. 2014. Vol. 56. No. 12. P. 1323-1326.

[http://link.springer.com/article/10.1007/s11018-014-0375-6]

4. Юрин А. И., Карцев Е. А., Дмитриев А. В. Методы коррекции дополнительной температурной погрешности резонаторных датчиков // Метрология. Ежемесячное приложение к научно-техническому журналу «Измерительная техника». 2013. № 11. c. 15-20.

[http://www.dslib.net/metrologia/issledovanie-metrologicheskih-harakteristik-i-razrabotka-metodov-avtomaticheskoj.html ]

5. Юрин А. И., Неборский А. Ю., Карцев Е. А., Кокин Н. Н. Минимизация температурной погрешности индуктивных измерительных преобразователей // Приборы. 2014. № 10. с. 47-51.

[http://www.docme.ru/doc/928076/federal._noe-gosudarstvennoe-avtonomnoe-obrazovatel._noe…]