Общие принципы синтеза информационно-измерительных систем физико-химического состава и свойств веществ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат диссертации на соискание учёной степени

доктора технических наук

Общие принципы синтеза информационно-измерительных систем физико-химического состава и свойств веществ

05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

Бузановский В.А.

Москва - 2009

Работа выполнена в Открытом акционерном обществе Научно-производственное объединение «Химавтоматика»

Научные консультанты:

Д-р техн. наук, проф. Попов Александр Александрович

Д-р техн. наук, проф. Кораблев Игорь Васильевич

Официальные оппоненты:

Заслуженный деятель науки РФ, д-р техн. наук, проф. Пушкин Игорь Александрович

Д-р техн. наук, проф. Пашинин Валерий Алексеевич

Д-р техн. наук, с.н.с. Палатов Юрий Андреевич

Ведущая организация - ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д.И. Менделеева», г. Санкт-Петербург.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В диссертации систематизированы и обобщены результаты теоретических и экспериментальных исследований в области разработки и внедрения средств физико-химических измерений, полученные соискателем в период с 1982 по 2009 год.

В результате указанных работ решена научная проблема, имеющая важное хозяйственное значение - сформирована методология синтеза информационно-измерительных систем физико-химического состава и свойств веществ (ИИСФХ), обеспечивающая создание систем, удовлетворяющих требованиям к их назначению, условиям применения и технико-экономическим характеристикам.

Актуальность темы. Синтез систем, в частности ИИСФХ, связан с определением схем, обусловливающих соответствие систем предъявленным требованиям, установлением условий их технической реализуемости и про-ведением работ по реализации этих схем. Названные вопросы обсуждаются на протяжении не одного десятка лет и являются составной частью теории систем. Основы данной теории заложили известные зарубежные (Р. Калман, М. Месарович, И. Такахара и др.) и отечественные (А.А. Богданов, В.М. Глушков, Н.Н. Моисеев и др.) ученые. Круг рассматриваемых вопросов постоянно расширяется и детализируется. Вместе с тем применение подходов, не учитывающих особенности ИИСФХ, с одной стороны, и относительная частность или односторонность изучения вопросов их синтеза, с другой, довольно часто 1) приводят к использованию не всех потенциальных возможностей методик выполнения измерений (МВИ) и технических средств для их реализации; 2) сдерживают развитие и совершенствование методического обеспечения и средств физико-химических измерений; 3) вызывают необоснованное занижение технико-экономических характеристик синтезируемых систем. При этом методология синтеза ИИСФХ, включая общие принципы их синтеза, резюмирующие данные методологические вопросы, продолжает находиться на стадии становления, оставаясь крупной научной проблемой.

До 1992 года работы по формированию указанной методологии соискатель проводил в рамках научно-технических проблем, постановлений и про-грамм государственных органов СССР:

- Научно-техническая проблема 0.18.04, утвержденная Постановлением ГКНТ и Госплана СССР № 491/244;

- Постановление Совета Министров СССР № 910;

- Программы работ Минхимпрома СССР по созданию газоанализаторов, систем автоматизированного контроля загазованности воздуха и их метрологическому обеспечению;

а с 1992 года при выполнении Федеральных и Государственных научно-технических программ, научных проектов и опытно-конструкторских работ, проводившихся по заданиям Миннауки, Госкомэкологии и Минобороны России.

Объектом исследования являются ИИСФХ, в том числе МВИ и технические средства, используемые для их реализации.

Цель исследования заключается в формировании методологии синтеза ИИСФХ, обеспечивающей создание систем, удовлетворяющих требованиям к их назначению, условиям применения и технико-экономическим характеристикам.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: 1) провести классификацию ИИСФХ и выделить базовые системы; 2) проанализировать и систематизировать структурные схемы базовых систем; 3) исследовать технико-экономические характеристики базовых систем; 4) провести классификацию задач синтеза ИИСФХ и разработать алгоритмы решения типовых задач синтеза; 5) систематизировать полученные результаты и сформировать общие принципы синтеза ИИСФХ.

Методы исследования. При решении поставленных задач использованы методы математического моделирования, экспериментального исследования, системного анализа и синтеза.

Научную новизну работы составляют:

1. Результаты исследований, полученные при формировании общих принципов синтеза ИИСФХ, в частности:

- результаты классификации указанных систем;

- обобщенные структурные схемы базовых систем;

- математическое описание технико-экономических характеристик (статических функций преобразования, показателей погрешностей измерений, надежности, быстродействия, материалоемкости, энергопотребления, стоимости) базовых систем;

- результаты классификации задач синтеза ИИСФХ;

- математическое описание типовых задач синтеза этих систем и алгоритмы их решения.

2. Общие принципы синтеза ИИСФХ, конкретизирующие вопросы разработки промышленных изделий применительно к системам названного класса.

Практическую ценность работы составляют результаты применения общих принципов синтеза ИИСФХ при разработке различных технических устройств, в том числе:

- структурные схемы, совокупности технических средств и значения режимных параметров систем анализа почв, обеспечивающие наименьшую стоимость получения измерительной информации при погрешностях и производительности измерений, удовлетворяющих предъявленным требованиям;

- МВИ, структурные схемы и совокупности технических средств измерительных систем состава и свойств природного газа, обеспечивающие наименьшую стоимость систем при погрешностях измерений, соответствующих предъявленным требованиям;

- МВИ, структурные схемы, технические средства, значения конструктив-ных и режимных параметров хемилюминесцентных устройств для определения оксидов азота, аммиака, озона, арсина и фосфина в атмосферном воздухе, воздухе рабочей зоны и газовых выбросах, обеспечивающие наименьшую стоимость устройств при погрешностях измерений, удовлетворяющих предъявленным требованиям;

- МВИ, структурные схемы и совокупности технических средств рентгенофлуоресцентных химико-аналитических комплексов для определения тяжелых металлов в природной и сточной воде, газовых выбросах и почве, обеспечивающие наименьшую стоимость комплексов;

- структурная схема и совокупность технических средств системы контроля концентрации кислорода в воздухе рабочей зоны, обеспечивающие требуемые погрешность, надежность и быстродействие измерений;

- схема получения измерительной информации и структурная схема установки для определения азота и гелия в компонентах жидкого ракетного топлива, обеспечивающие получение информации непосредственно в процессе заправки образцов ракетно-космической техники.

Реализация научно-технических результатов. Опытные образцы автоматизированных систем высокоскоростного анализа почв АСВА-П(Ц), АСВА-П(Ч), АСВА-П(М) и АСВА-П(К) введены в эксплуатацию в Центра-льном институте агрохимического обслуживания. В середине 1980-х годов потребность Государственной агрохимической службы СССР в названных системах составляла 50 штук в год. В 1986 году на головном заводе-изготовителе «Тбилприбор» начат серийный выпуск систем.

Система измерения и контроля физико-химических параметров природ-ного газа АСИК «Метан» введена в эксплуатацию в Госкомгазе Армянской ССР. Система АСК «Бентонит», являющаяся первой в СССР автоматизированной системой контроля расхода природного газа, поставлена в Произ-водственное объединение «Армгазпром». Комплекс измерения расхода природного газа АКР «Севан» внедрен в Производственном объединении «Мострансгаз».

Газоаналитические устройства для определения оксидов азота Клен-1, Клен-2, Клен-1-01, Клен-1-02, Клен-2-01, Клен-2-02, аммиака и оксида азота Клен-3, озона Клен-4, арсина Платан-1, Платан-8 и фосфина Платан-2, Платан-8-01 являются одними из первых хемилюминесцентных средств газового анализа, которые были разработаны в СССР и Российской Федерации.

Рентгенофлуоресцентные химико-аналитические комплексы ИНЛАН-РФ внедрены в специализированных инспекциях государственного экологичес-кого контроля (Курганская, Нижегородская, Челябинская, Калужская область и др.), на объектах Министерства обороны Российской Федерации (Экологический центр Минобороны России, космодром Плесецк), промышленных предприятиях (АМО ЗИЛ и др.). МВИ концентраций тяжелых металлов в водных средах и почве, реализуемые комплексами ИНЛАН-РФ, включены в Федеральный реестр природоохранных нормативных докумен-тов (ПНД Ф 14.1:2:4.133-98, ПНД Ф 16.1.9-98) и регламентируют порядок проведения государственного экологического контроля. Комплексы ИНЛАН-РФ являются составной частью концепции «Российские экоаналитические технологии», которая удостоена премии Правительства Российской Федерации в области науки и техники (2000 г.).

Система 13Ш34.01, предназначенная для контроля объемной доли кисло-рода в воздухе рабочей зоны, заменила систему аналогичного назначения при модернизации станции заправки образцов ракетно-космической техники космодрома Байконур.

Установка автоматического измерения концентраций азота и гелия в компонентах жидкого ракетного топлива УК-РГ.05 разрабатывается для многоцелевой заправочной станции космодрома Плесецк.

Достоверность полученных результатов. Технико-экономические характеристики устройств, разработанных с использованием общих принципов синтеза ИИСФХ, проверены экспериментально, в том числе при проведении Государственных испытаний.

Апробация результатов исследования. Основные результаты работы обсуждались на Всесоюзных конференциях «Измерительные информационные системы - 85» (г. Винница, 1985 г.), «Аналитическое приборостроение. Методы и приборы для анализа жидких сред» (г. Тбилиси, 1986 г.), «Теоретические основы разработки интенсивных процессов» (г. Дзержинск, 1986 г.), «Моделирование систем автоматизированного проектирования, автоматизированных систем научных исследований и гибких автоматизированных производств» (г. Тамбов, 1989 г.), международной конференции «Development & Environmental Impact Conference» (г. Эр-Рияд, 1997 г.), семинаре по проблемам реализации новых конкурентоспособных отечественных технологий (г. Нижний Новгород, 2002 г.), научно-практических семинарах «Экологические проблемы разработки и эксплуатации ракетно-космической техники» (г. Юбилейный, 2005-2008 г.г.) и др.

Публикация результатов исследования. Результаты работы изложены в 108 публикациях, в том числе 41 публикация - в отечественных ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях; 4 публикации - в зарубеж-ных научных журналах и изданиях, включенных в систему цитирования Web of Science - Science Citation Index Expanded (перечень ВАК РФ).

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа содержит введение, 4 главы, основные выводы, библиографию и приложение. Общий объем работы - 242 страницы, в том числе 85 рисунков и 36 таблиц. Библиография включает 291 наименование литературы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследования, приведены основные научные и практические результаты.

В первой главе установлены общие и отличительные особенности ИИСФХ, проведена их классификация; проанализированы, систематизированы и обобщены структурные схемы базовых систем.

Информационно-измерительные системы (ИИС), измерительной информацией которых является информация о физико-химическом составе веществ и (или) их свойствах, образуют класс ИИСФХ. Указанные системы применяются в различных сферах человеческой деятельности, реализуют разнообразные аналитические методы, выполняют непрерывные или циклические измерения, имеют разный уровень автоматизации. При классификации этих систем в качестве отличительного признака выбран объем выполняемых функций, и системы рассматриваемого класса разделены на три под-класса: 1) ИИСФХ первого уровня; 2) ИИСФХ второго уровня; 3) адаптивные ИИСФХ.

Адаптивные ИИСФХ характеризуются наличием функций получения и обработки измерительной информации, а также изменения ее объема и порядка получения в ходе анализа веществ.

ИИСФХ второго уровня осуществляют получение и обработку измерительной информации по неизменному алгоритму. Данный подкласс систем разделен на две главные группы - системы с комплексной и основной обработкой информации. Системы с комплексной обработкой информации реализуют комбинации основных видов ее обработки - формирование и пред-ставление в виде документов заданного образца, программных продуктов, световой и (или) звуковой сигнализации.

ИИСФХ первого уровня выполняют только получение измерительной информации, вследствие чего их также называют измерительными система-ми. Системы данного подкласса разделены на две главные группы - ИИС одного и нескольких веществ. ИИС нескольких веществ представляют собой объединения ИИС одного вещества. ИИС одного вещества могут быть под-разделены на две основные группы - одно- и многоточечные системы. При этом многоточечные системы также можно разделить еще на две группы - системы с переключением и без переключения точек измерений. Если в многоточечных системах не используется переключение точек измерений, то они являются объединением одноточечных систем. При применении на-званного переключения многоточечные системы содержат одну одноточечную систему или являются объединением многоточечных систем с переключением меньшего числа точек измерений и (при необходимости) одной одноточечной системы. Одноточечные системы реализуют МВИ, объединяющие прямые, косвенные и совокупные измерения (группа комбинированных систем), или МВИ, основанные на одном из этих видов измерений (группа базовых систем). Кроме того, комбинированные системы можно рассматривать как объединения базовых систем.

Из сказанного вытекает, что получение любой измерительной информации о физико-химическом составе и свойствах веществ осуществляется системами, являющимися или содержащими в своем составе базовые системы - системы прямых, косвенных или совокупных измерений.

Основными функциональными частями базовых систем являются измерительные каналы (ИК). Системы прямых измерений представляют собой объединения простых ИК. Простой ИК может содержать последовательно соединенные подсистемы отбора пробы (ПОП), преобразования пробы (ППП), измерений (ПИ) и пересчета результата измерений (ППИ).

ПОП чаще всего реализует: 1) отбор части исследуемого вещества в его естественном (газообразном, жидком, твердом) состоянии; 2) отбор и филь-трацию части газообразного (жидкого) вещества; 3) отбор части жидкого ве-щества и добавление в нее консерванта; 4) отбор и абсорбцию (хемосорб-цию) части газообразного вещества жидким поглотителем; 5) отбор и экс-тракцию части жидкого (твердого) вещества жидким реактивом; 6) отбор и адсорбцию части газообразного (жидкого) вещества твердым поглотителем. При этом только первый способ отбора пробы не связан с изменением физико-химического состава отбираемой части вещества.

ППП используется в случаях, когда: 1) измерения информативного пара-метра пробы не могут быть выполнены непосредственно средством физико-химических измерений, в том числе, если диапазон измерений этого средст-ва не соответствует значениям информативного параметра пробы; 2) по-грешность измерений информативного параметра пробы непосредственно средством физико-химических измерений не отвечает предъявленному требованию из-за недостаточной чувствительности и (или) селективности дан-ного средства. Заметим, что под преобразованием пробы понимается широкий круг операций (химические реакции, сорбция, экстракция, разбавление и др.), осуществление которых приводит к изменению информативных и неинформативных параметров пробы.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Главной составной частью ПИ обычно является средство физико-химических измерений, а ППИ проводит перевод результата измерений физико-химического состава пробы, полученного ПИ, в результат измерений информативного параметра исследуемого вещества.

В зависимости от функций, выполняемых в процессе прямых из-мерений, простые ИК разделены на 4 типа, один из которых включает два подтипа (табл. 1).

Системы косвенных и совокупных измерений являются объединением сложных ИК. Сложный ИК состоит из каналов первичной информации и подсистемы расчета результатов косвенных (ПКИ) или совокупных измерений. Каналами первичной информации могут быть простые ИК или «квазиизмерительные» каналы. «Квазиизмерительные» каналы содержат последовательно соединенные ПОП, ППП и ПИ. В соответствии с объемом функций, выполняемых при получении первичной информации, «квазиизмерительные» каналы разделены на два типа, один из которых имеет два под-типа (табл. 2).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Наличие подтипов каналов П.4 и К.2 объясняется проведением отбора пробы без изменения или с изменением ее физико-химического состава.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

На основе представленных данных разработаны обобщенные структур-ные схемы базовых систем. На рис. 1 приведена обобщенная структурная схема систем кос-венных измерений. Использованы следующие обозначения: X_И0, X_Н0 - информативные и не-информативные параметры вещества; Х_И0l, Х_И1l, Х_И2l - параметры вещества, пробы и преобразованной пробы, информативные для l-ого канала первичной информации; Х_Н0l, Х_Н1l, Х_Н2l - параметры вещества, пробы и преобразованной пробы, неинформативные для l-ого канала первичной информации; Х_И0l^*, X_И2l^* - результаты измерений параметров вещества и преобразованной пробы, информативных для l-ого канала первичной информации; Х_К0r^* - результат измерений параметра вещества, информативного для r-ого сложного ИК; L - число каналов первичной информации; R - число параметров вещества, определяемых на основе косвенных измере-ний (число сложных ИК).

Вторая глава посвящена разработке математического описания и анализу технико-экономических характеристик базовых систем.

Математическое описание статических функций преобразования систем косвенных измерений приведено ниже

Х_К0r^*=ѓ_Кr(Х_И01^*, …, Х_И0L^*, U_Kr), Х_И0l^*=ѓ_И1l^-1(Х_И1l^~, Х_Н0l^, G_1l^),

Х_И1l^~=ѓ_И2l^-1(Х_И2l^*, Х_Н1l^, G_2l^), Х_И2l^*=Х_И2l+?Х_И2l°, ?Х_И2l°=?W_l/S_l,

?W_l=W_l-W_l^=?{[?ѓ_И3l(Х_И2l, Х_Н2l^, G_3l^)/?Х_Н2li]•?Х_Н2li}+

+?{[?ѓ_И3l(Х_И2l, Х_Н2l^, G_3l^)/?G_3lq]•?G_3lq},

W_l=ѓ_И3l(Х_И2l, Х_Н2l, G_3l), W_l^=ѓ_И3l(Х_И2l, Х_Н2l^, G_3l^),

S_l=?ѓ_И3l(Х_И2l, Х_Н2l^, G_3l^)/?Х_И2l, ?Х_Н2li=Х_Н2li-Х_Н2li^, ?G_3lq=G_3lq-G_3lq^,

Х_И2l=ѓ_И2l(Х_И1l, Х_Н1l, G_2l), Х_Н2li=ѓ_Н2li(Х_И1l, Х_Н1l, G_2l), Х_И1l=ѓ_И1l(Х_И0l, Х_Н0l, G_1l),

Х_Н1lp=ѓ_Н1lp(Х_И0l, Х_Н0l, G_1l), U_Kr={U_Krm, m=1, ..., F^(K)_r}, Х_Н2l={Х_Н2li, i=1, …, I⁽²⁾_l},

Х_Н1l={Х_Н1lp, p=1, …, I⁽¹⁾_l}, Х_Н0l={Х_Н0ln, n=1, …, I⁽⁰⁾}, G_3l={G_3lq, q=1, ..., Q⁽³⁾_l},

G_2l={G_2ls, s=1, ..., Q⁽²⁾_l}, G_1l={G_1lk, k=1, ..., Q⁽¹⁾_l }, Q⁽³⁾_l=?Q_3lт, Q⁽²⁾_l=?Q_2lх,

Q⁽¹⁾_l=?Q_1lм, т=1, …, R_3l, х=1, …, R_2l, м=1, …, R_1l, i=1, …, I⁽²⁾_l, p=1, …, I⁽¹⁾_l,

q=1, ..., Q⁽³⁾_l, l=1, …, L, r=1, …, R,

где ѓ_Кr - символ статической функции преобразования (расчетная зависимость) ПКИ для параметра вещества, информативного для r-ого сложного ИК; U_Kr - параметры расчетной зависимости для параметра вещества, информативного для r-ого сложного ИК; U_Krm - m-ый параметр расчетной зависимости для параметра вещества, информативного для r-ого сложного ИК; F^(K)_r - число параметров расчетной зависимости для параметра вещества, информативного для r-ого сложного ИК; ѓ_И1l^-1, ѓ_И2l^-1 - символы обратных статических функций преобразования ПОП и ППП для параметров пробы и преобразованной пробы, информативных для l-ого канала первичной информации; Х_И1l^~ - эквивалент результата измерений параметра пробы, информативного для l-ого канала первичной информации; ?Х_И2l° - абсолютная погрешность измерений параметра преобразованной пробы, информативного для l-ого канала первичной информации; W_l, ?W_l, S_l - выходной сигнал, отклонение выходного сигнала от номинального значения и чувствительность ПИ l-ого канала первичной информации; ѓ_И3l - символ статической характеристики ПИ l-ого канала первичной информации; ѓ_И1l, ѓ_И2l - символы прямых статических функций преобразования ПОП и ППП для параметров про-бы и преобразованной пробы, информативных для l-ого канала первичной информации; ѓ_Н1lt, ѓ_Н2lt - символы прямых статических функций преобразования ПОП и ППП для t-ых параметров пробы и преобразованной пробы, не-информативных для l-ого канала первичной информации; Х_Н0lt, Х_Н1lt, Х_Н2lt - t-ые параметры вещества, пробы и преобразованной пробы, неинформативные для l-ого канала первичной информации; ?Х_Н2lt - отклонение t-ого пара-метра преобразованной пробы, неинформативного для l-ого канала первичной информации, от номинального значения; I⁽⁰⁾ - число параметров вещества, неинформативных для канала первичной информации; I⁽¹⁾_l, I⁽²⁾_l - число параметров пробы и преобразованной пробы, неинформативных для l-ого канала первичной информации; G_1l, G_2l, G_3l - параметры технических средств ПОП, ППП и ПИ l-ого канала первичной информации; G_1lt, G_2lt, G_3lt - t-ые параметры технических средств ПОП, ППП и ПИ l-ого канала первичной информации; ?G_3lt - отклонение t-ого параметра технических средств ПИ l-ого канала первичной информации от номинального значения; Q⁽¹⁾_l, Q⁽²⁾_l, Q⁽³⁾_l - число параметров технических средств ПОП, ППП и ПИ l-ого ка-нала первичной информации; Q_1lt, Q_2lt, Q_3lt - число параметров t-ого технического средства ПОП, ППП и ПИ l-ого канала первичной информации; R_1l, R_2l, R_3l - число технических средств в ПОП, ППП и ПИ l-ого канала первич-ной информации.

Символом ...^ обозначены номинальные значения параметров.

Математическое описание абсолютных погрешностей измерений систем косвенных измерений имеет вид

?Х_К0r^*=?{[?ѓ_Кr(Х_И01^*, …, Х_И0L^*, U_Kr)/?Х_И0l^*]•?Х_И0l^*},

?Х_И0l^*=?[K⁽⁰⁾_ln·?Х_Н0ln]+?[K⁽¹⁾_lk·?G_1lk]+?[K⁽²⁾_ls·?G_2ls]+?[K⁽³⁾_lq·?G_3lq],

mХ_К0r^*=?{[?ѓ_Кr(Х_И01^*, …, Х_И0L^*, U_Kr)/?Х_И0l^*]•mХ_И0l^*},

mХ_И0l^*=?[K⁽⁰⁾_ln·mХ_Н0ln]+?[K⁽¹⁾_lk·mG_1lk]+?[K⁽²⁾_ls·mG_2ls]+?[K⁽³⁾_lq·mG_3lq],

уХ_К0r^*={?{[?ѓ_Кr(Х_И01^*, …, Х_И0L^*, U_Kr)/?Х_И0l^*]²•(уХ_И0l^*)²}}^0,5,

уХ_И0l^*={?{[K⁽⁰⁾_ln]²·(уХ_Н0ln)²}+?{[K⁽¹⁾_lk]²·(уG_1lk)²}+

+?{[K⁽²⁾_ls]²·(уG_2ls)²}+?{[K⁽³⁾_lq]²·(уG_3lq)²}}^0,5,

Q⁽³⁾_l=?Q_3lт, Q⁽²⁾_l=?Q_2lх, Q⁽¹⁾_l=?Q_1lм, т=1, …, R_3l, х=1, …, R_2l, м=1, …, R_1l,

n=1, …, I⁽⁰⁾, k=1, ..., Q⁽¹⁾_l, s=1, ..., Q⁽²⁾_l, q=1, ..., Q⁽³⁾_l, l=1, …, L, r=1, …, R,

где ?Х_К0r^*, mХ_К0r^*, уХ_К0r^* - абсолютная погрешность, абсолютная систематическая погрешность и среднеквадратическое отклонение (СКО) абсолютной погрешности измерений параметра вещества, информативного для r-ого сложного ИК; ?Х_И0l^*, mХ_И0l^*, уХ_И0l^* - абсолютная погрешность, абсолютная систематическая погрешность и СКО абсолютной погрешности измерений параметра вещества, информативного для l-ого канала первичной информации; ?Х_Н0ln, mХ_Н0ln, уХ_Н0ln - отклонение, систематическое отклонение и СКО n-ого параметра вещества, неинформативного для l-ого канала первичной информации, от номинального значения; ?G_1lk, mG_1lk, уG_1lk - отклонение, систематическое отклонение и СКО k-ого параметра технических средств ПОП l-ого канала первичной информации от номинального значения; ?G_2ls, mG_2ls, уG_2ls - отклонение, систематическое отклонение и СКО s-ого параметра технических средств ППП l-ого канала первичной информации от номинального значения; mG_3lq, уG_3lq - систематическое отклонение и СКО q-ого параметра технических средств ПИ l-ого канала первичной информации от номинального значения; K⁽⁰⁾_…, K⁽¹⁾_…, K⁽²⁾_…, K⁽³⁾_… - комплексы на основе частных производных статических функций преобразования подсистем (расшифровка приведена в диссертации).

Средняя наработка на отказ систем косвенных измерений описывается следующими соотношениями

ф^(О)_Кr=??^{-ф·{?[л4г/(1+N4г)]+?{?[л1lм/(1+N1lм)]+?[л2lх/(1+N2lх)]+?[л3lт/(1+N3lт)]}}}·dф={?[л_4г/(1+N_4г)]+?{?[л_1lм/(1+N_1lм)]+?[л_2lх/(1+N_2lх)]+?[л_3lт/(1+N_3lт)]}}^-1={?[(1+N_4г)·ф^(О)_4г]^-1+?{?[(1+N_1lм)·ф^(О)_1lм]^-1+?[(1+N_2lх)·ф^(О)_2lх]^-1+?[(1+N_3lт)·ф^(О)_3lт]^-1}}^-1,

ф^(О)_К=??^{-ф·{?[л4г/(1+N4г)]+?{?[л1lм/(1+N1lм)]+?[л2lх/(1+N2lх)]+?[л3lт/(1+N3lт)]}}}·dф={?[(1+N_4г)·ф^(О)_4г]^-1+?{?[(1+N_1lм)·ф^(О)_1lм]^-1+?[(1+N_2lх)·ф^(О)_2lх]^-1+?[(1+N_3lт)·ф^(О)_3lт]^-1}}^-1,

г=1, …, R₄, м=1, …, R_1l, х=1, …, R_2l, т=1, …, R_3l, l=1, …, L, r=1, …, R,

где ф^(О)_Кr - средняя наработка на отказ r-ого сложного ИК; л_4г - интенсивность отказов г-ого технического средства ПКИ; N_4г - кратность резерва г-ого технического средства ПКИ; л_1lt, л_2lt, л_3lt - интенсивность отказов t-ого технического средства ПОП, ППП и ПИ l-ого канала первичной информации; N_1lt, N_2lt, N_3lt - кратность резерва t-ого технического средства ПОП, ППП и ПИ l-ого канала первичной информации; ф^(О)_4г - средняя наработка на от-каз г-ого технического средства ПКИ; ф^(О)_1lt, ф^(О)_2lt, ф^(О)_3lt - средняя наработка на отказ t-ого технического средства ПОП, ППП и ПИ l-ого канала первичной информации; ф^(О)_К - средняя наработка на отказ системы; R₄ - число технических средств в ПКИ.

Математическое описание производительности систем косвенных измерений соответствует выражениям

Н_Кr=^(р)Т/Т_Кr=^(р)Т/{?[Т_4rъ-^(п)Т_4rъ]+sup{?[Т_1lю-^(п)Т_1lю]+?[Т_2lЬ-^(п)Т_2lЬ]+?[Т_3lЯ-^(п)Т_3lЯ]}},

Н_К=^(р)Т/Т_К=^(р)Т/[sup(Т_Кh)]=inf[^(р)Т/Т_Кh]=inf(H_Кh),

ъ=1, …, ї_4r, ї_4r=?ї_4rг, г=1, …, R₄, ю=1, …, ї_1l, Ь=1, …, ї_2l, Я=1, …, ї_3l,

ї_1l=?ї_1lм, ї_2l=?ї_2lх, ї_3l=?ї_3lт, м=1, …, R_1l, х=1, …, R_2l, т=1, …, R_3l,

l=1, …, L, r=1, …, R, h=1, …, R,

где Н_Кr - производительность r-ого сложного ИК; ^(р)Т - регламентированный промежуток времени; Т_Кr - время получения информации r-ым сложным ИК; Т_4rъ - время выполнения ъ-ой операции в ПКИ при получении информации о параметре вещества, информативном для r-ого сложного ИК; ^(п)Т_4rъ - продолжительность выполнения ъ-ой операции в ПКИ при получении ин-формации о параметре вещества, информативном для r-ого сложного ИК, во время проведения предыдущих операций; Т_1ls, Т_2ls, Т_3ls - время выполнения s-ых операций в ПОП, ППП и ПИ l-ого канала первичной информации; ^(п)Т_1ls, ^(п)Т_2ls, ^(п)Т_3ls - продолжительность выполнения s-ых операций в ПОП, ППП и ПИ l-ого канала первичной информации во время проведения предыдущих операций; Н_К - производительность системы; Т_К - время получения информации системой; ї_4r - число операций, выполняемых в ПКИ при получении информации о параметре вещества, информативном для r-ого сложного ИК; ї_4rг - число операций, выполняемых г-ым техническим средством ПКИ при получении информации о параметре вещества, информативном для r-ого сложного ИК; ї_1l, ї_2l, ї_3l - число операций, выполняемых в ПОП, ППП и ПИ l-ого канала первичной информации; ї_1lt, ї_2lt, ї_3lt - число операций, выполняемых t-ым техническим средством ПОП, ППП и ПИ l-ого ка-нала первичной информации.

Математическое описание материалоемкости систем косвенных измерений приведено ниже

М_К=?[(1+N_4г)·М_4г]+?{?[(1+N_1lм)•М_1lм]+?[(1+N_2lх)•M_2lх]+?[(1+N_3lт)•M_3lт]}+?M_5б+?[?(?М_1lмц)+?(?М_2lхч)+?(?М_3lтш)]+? M_7в,

г=1, …, R₄, б=1, …, R₅, в=1, …, R₇, ц=1, …, Q_1lм, ч=1, …, Q_2lх,

ш=1, …, Q_3lт, м=1, …, R_1l, х=1, …, R_2l, т=1, …, R_3l, l=1, …, L,

где М_К - масса системы; М_4г - масса г-ого технического средства ПКИ; М_1lt, М_2lt, М_3lt - масса t-ого технического средства ПОП, ППП и ПИ l-ого канала первичной информации; M_5б - масса б-ой принадлежности комплекта ЗИП; М_1ltv, М_2ltv, М_3ltv - масса материала, соответствующего v-ому параметру t-ого технического средства ПОП, ППП и ПИ l-ого канала первичной информации и входящего в комплект расходных материалов; M_7в - масса в-ой принадлежности комплекта монтажных частей; R₅ - число принадлежностей комп-лекта ЗИП; R₇ - число принадлежностей комплекта монтажных частей.

Математическое описание энергопотребления систем косвенных измере-ний имеет вид

Е_К=?Е_4г+?(?Е_1lм+?Е_2lх+?Е_3lт),

г=1, …, R₄, м=1, …, R_1l, х=1, …, R_2l, т=1, …, R_3l, l=1, …, L,

где Е_К - мощность потребления электрической энергии системой; Е_1lt, Е_2lt, Е_3lt - мощность потребления электрической энергии t-ым техническим сред-ством ПОП, ППП и ПИ l-ого канала первичной информации; Е_4г - мощность потребления электрической энергии г-ым техническим средством ПКИ.

Математическое описание удельной стоимости измерительной информа-ции, получаемой системами косвенных измерений, выглядит следующим образом

^(i*)S_К=[sup(Т_Кy)]·{^(С)Т·^(ТГ)S+^(С)Т·^(Е)S·^(С)К·[?Е_4г+?(?Е_1lм+?Е_2lх+?Е_3lт)]+

+^(И)К·{?[(1+N_4г)•S_4г]+?{?[(1+N_1lм)•S_1lм]+?[(1+N_2lх)•S_2lх]+?[(1+N_3lт)•S_3lт]}}+{?{?[?(S_1lмц·А_1lмц)]+?[?(S_2lхч·А_2lхч)]+?[?(S_3lтш·А_3lтш)]}}Ч[^(И)К+^(С)Т/Т₆^?-1]+^(И)К·(?S_5б+?S_7в)}/^(С)Т,

Т_Кr=?[Т_4rъ-^(п)Т_4rъ]+sup(Т_h), Т_l=?[Т_1lю-^(п)Т_1lю]+?[Т_2lЬ-^(п)Т_2lЬ]+?[Т_3lЯ-^(п)Т_3lЯ],

г=1, …, R₄, б=1, …, R₅, в=1, …, R₇, ц=1, …, Q_1lм, ч=1, …, Q_2lх,

ш=1, …, Q_3lт, ъ=1, …, ї_4r, ї_4r=?ї_4rг, ю=1, …, ї_1l, Ь=1, …, ї_2l,

Я=1, …, ї_3l, ї_1l=?ї_1lм, ї_2l=?ї_2lх, ї_3l=?ї_3lт, м=1, …, R_1l, х=1, …, R_2l,

т=1, …, R_3l, l=1, …, L, h=1, …, L, r=, …, R, y= 1, …, R,

где ^(i*)S_К - удельная стоимость измерительной информации системы; ^(С)Т - назначенный срок службы системы; ^(ТГ)S - стоимость годового технического обслуживания системы; ^(Е)S - стоимость единицы мощности потребляемой электрической энергии; ^(С)К - коэффициент использования системы; ^(И)К - коэффициент пропорциональности затрат; S_4г - стоимость г-ого технического средства ПКИ; S_1lt, S_2lt, S_3lt - стоимость t-ого технического средства ПОП, ППП и ПИ l-ого канала первичной информации; S_1ltv, S_2ltv, S_3ltv - стоимость единицы измерения материала, соответствующего v-ому параметру t-ого технического средства ПОП, ППП и ПИ l-ого канала первичной информации и входящего в комплект расходных материалов; А_1ltv, А_2ltv, А_3ltv - количество материала, соответствующего v-ому параметру t-ого технического средства ПОП, ППП и ПИ l-ого канала первичной информации и входящего в ком-плект расходных материалов; Т₆^? - время использования комплекта расходных материалов; S_5б - стоимость б-ой принадлежности комплекта ЗИП; S_7в - стоимость в-ой принадлежности комплекта монтажных частей.

Следует отметить, что математическое описание статических функций преобразования, абсолютных погрешностей измерений, средней наработки на отказ, производительности и удельной стоимости измерительной информации получено при условии, что в расчетах всех результатов косвенных измерений используется информация, поступающая от всех каналов первичной информации. Если это условие не выполняется, то из названных соотношений следует исключить характеристики неиспользуемых каналов первичной информации. Математическое описание материалоемкости и удельной стоимости измерительной информации предполагает, что каждому параметру технических средств ПОП, ППП и ПИ соответствует расходный матери-ал. При не выполнении этого условия из указанных выражений также необходимо исключить соответствующие параметры технических средств.