Применение процессорных измерительных устройств в физико-технических исследованиях

Размещено на http://www.allbest.ru/

¹ Самарский государственный аэрокосмический университет им. ак. С.П. Королева 443086, Самара, Московское шоссе, 34

² Самарский государственный технический университет, 443100, Самара, ул. Молодогвардейская, 244

Применение процессорных измерительных устройств в физико-технических исследованиях

В.Н. Астапов¹, В.В. Плешивцев²Астапов Владислав Николаевич - к.т.н., доцент.

Плешивцев Виталий Викторович - к.т.н., доцент

Аннотация

носитель октановый диэлектрический ультразвук

Рассматривается анализ проведения косвенных, совокупных, совместных и статистических измерений входных воздействий, а именно носителей информации о значении измеряемой величины - октанового числа (диэлектрической проницаемости, скорости ультразвука (УЗ), температуры и т.д.).

Ключевые слова: процесс измерения, интеллектуальные устройства, микропроцессор, аналого-цифровое преобразование, косвенные, совокупные измерения, октаномер, линеаризация

Для уяснения сути процесса измерения, осуществляемого «интеллектуальными» устройствами, обратимся к формализованному описанию измерительной процедуры [1],

(1)

где - результат измерений (именованное число), [Октан. число, плотность (кГ/см³) и т. д.];

- преобразования, выполняемые в аналоговой форме;

- преобразования, выполняемые в цифровой форме;

- аналого-цифровое преобразование;

- входное воздействие (носитель информации о значении измеряемой величины ^*) [диэлектрическая проницаемость, скорость ультразвука (УЗ) и т.д.].

При проведении косвенных, совокупных, совместных и статистических измерений необходим ряд функциональных преобразований. Выполнение в числовой форме преобразований и легло в основу косвенных, совокупных, совместных и статистических измерений. Применение процессоров в составе разработанных устройств контроля качества и технологических параметров в нефтепереработке существенно расширяет возможности и повышает метрологический уровень процессорных устройств контроля.

По аналогии с (1) общий вид уравнения обыкновенных косвенных измерений может быть представлен следующим образом:

(2)

где - оператор, представляющий вспомогательные аналоговые измерительные преобразования, которые требуют обязательного выполнения обратного преобразования () (изменение вида величины, нормализация и т.п.);

- операторы, представляющие собой преобразования, которые реализуют положенную в основу косвенных измерений функциональную связь между измеряемой величиной и входным воздействием , т.е.

Из (2) следует, что

и

Поскольку совокупные и совместные измерения могут быть представлены аналогичным уравнением при многомерном входном воздействии, можно ограничиться уравнением (2).

Косвенные измерения с помощью процессорных измерительных устройств, которые получили название «интеллектуальные датчики», открывают принципиально новые возможности по проведению измерительного процесса (косвенных измерений) в реальном масштабе времени с высокими метрологическими характеристиками.

Универсальный октаномер [2, 3] АС-2004, относящийся к классу приборов, осуществляющих совокупные и косвенные измерения, представляет собой многоканальную измерительную систему. Измерительные цепи в данном случае содержат различные первичные и вторичные измерительные преобразователи, а также коммутатор, АЦП и процессор. Каждой измерительной цепи (результату измерения каждой величины) ставится в соответствие свой коэффициент масштабирования, учитывающий характеристики выполняемых преобразований.

В случае измерения октанового числа бензина, являющегося сложной измерительной процедурой в отличие от прямого измерения, операция масштабирования осуществляется следующим образом. Пусть результат прямых обыкновенных измерений получается с применением нормализации (изменения значения) входного воздействия. Такая процедура может быть представлена уравнением [1]

,

где - интервал квантования.

При выполнении преобразования, обратного нормализации, в числовой форме (деление на а) значение масштабного коэффициента остается тем же. Однако при фиксированном a можно совместить операции масштабирования и деления на а, приняв следующее значение коэффициента масштабирования:

. (3)

Введение подобного «сквозного» коэффициента масштабирования позволяет заменить периодическую подстройку составляющих измерительную цепь блоков по результатам поверки простой корректировкой значения . Коэффициент масштабирования будет одинаковым для всего диапазона измерений, если аналоговое преобразование носит линейный характер. Тогда, полагая, что

где n_ААЦ - число разрядов АЦП,

получим

а из (3) следует:

Если аналоговые преобразования имеют нелинейный характер, совместить операцию масштабирования с обратным преобразованием не удается. В этом случае используем так называемую программную линеаризацию градуировочной характеристики измерительной цепи и масштабирование. Метод программной линеаризации градуировочной характеристики выполняется процессором по алгоритму, реализованному в его программном обеспечении.

Уравнение измерений при этом запишется следующим образом:

Процессором выполняются два измерительных преобразования - обратное аналоговому и масштабирование. Использование «интеллектуальных» измерительных устройств создает возможность повышения степени использования априорной и текущей информации о свойствах объекта измерений и условиях измерительного процесса с помощью адаптивных и итеративных измерительных процедур.

Библиографический список

1. Цветков Э.И. Процессоры в измерительной цепи // Измерения. Контроль. Автоматизация - 1988. - №2.

2. Патент РФ № 2305283. Способ измерения октанового числа бензинов / Астапов В.Н.; 2007. Бюл. №24.

3. Патент № 2207557 РФ. Устройство для измерения октанового числа бензина / Астапов В.Н.; 2003. Бюл. №18.

Размещено на Allbest.ru