автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.05, диссертация на тему:Способы автоматической поверки стрелочных электроизмерительных приборов в динамических режимах

Государственный комитет га по высшему образованию

Ульяновский государственный технический университет

О 8 АВГ Ш

на правах рукописи

КИСЕЛЕВ СЕРГЕЙ КОНСТАНТИНОВИЧ

СПОСОБЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ПОВЕРКИ СТРЕЛОЧНЫХ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ В ДИНАМИЧЕСКИХ РЕЖМАХ

Специальность 05.11.05 - Приборы и методы измерения электрических и магнитных величин

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

У

УЛЬЯНОВСК 1994

ГссудпрствсяягЛ кс^лтет F5 го осп^о^гт:^

грезах pv::cn::c:;

¡'::сглпз с^гге! i'c:cîMn:nicz?-i

1;:сссгч /-;;¡r:?,TT-TC7r.í ГС:ЕР:'Л СТГ:-

Слоп:*ат:ъ;:ссть G5.i3.C5 - :: 'íOTcn;

АВТОРЕФЕРАТ диссертации иа соискание учопел столон?! кандидата техпичсск::;: паук

УЛЬЯНОВСК 1994

Работа выполнена на кафедре "Измерительно-вычислительные комплексы" Ульяновского государственного технического университета

Научный руководитель

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор В. А. Мишин

доктор технических наук, профессор К.В. Кумунжиев

кандидат технических наук, с. н. с. А.Ж Зарукин

Ведущее предприятие АО "Электроприбор"

г. Чебоксары

Защита диссертации состоится " сентября 1994 г.

в /3"4'с на заседании специализированного Совета Д 064.21.01 в Ульяновском государственном техническом университете по адресу 432700 г. Ульяновск , б. Северный Венец, 32

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Ульяновского государственного технического университета

Автореферат разослан " " [А-гСА^ 1994 г.

Ученый секретарь специализированного Совета, доктор технических наук

П.И. Соснин

- з -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Стрелочные электроизмерительные приборы (СЗШ являются наиболее массовыми средствами измерений. В современных экономических условиях за счет своей невысокой стоимости они оказываются наиболее конкурентоспособными изделиями в области приборостроения , что определяет их выпуск объёмами в несколько миллионов штук в год на приборостроительных предприятиях страны. Вместе с тем„ уровень автоматизации производства данных приборов, а , особенно контрольно-измерительных операций, к которым относится и поверка , недостаточен.

Наиболее широко в области автоматизации поверочных работ известны исследования проводимые более 30 лет во ВННИМСе под руководством А.Я. Везикович, В.И. Прицкера, С.П. Эскина. Развитие номенклатуры средств автоматизации поверки, во второй половине 80-х в начале 90-х годов показало, что автоматическое выполнение традиционных методов поверки не дает значительного выигрыша в производительности и точности отсчета погрешности, а, следовательно, качественное изменение ситуации возможно только на основе разработки новых способов и алгоритмов поверки ориентированных в своей основе на автоматическую реализацию. В данном направлении в Томском политехническом университете под руководством д.т.н. М. С. Ройтмана , к.т.н. Ю. Г. Свинолупова, к.т.н. Д.Л.Удута выполнен ряд работ в основу которых положены способы автоматической поверки, реализующие концепцию обучающихся измерительных систем. Известны работы выполненные под руководством д.т.н. Ю.А.Хохлова, к.т.н. В.В Мизи-нова, содержащие новые способы расчета и компенсации погрешности автоматического считывания показаний стрелочных измерительных приборов средствами телевизионного считывания. Алгоритмические решения, полученные в дачных работах, позволяют значительно эффективнее использоЕать существующие технические средства автоматизации поверки , учитывать и исключать их инструментальные погрешности, организовывать поверку в соответствии с характером шкалы и видом погрешности у поверяемых приборов. Особенностью этих работ является то , что разработанные технические решения ориентированы на использование в качестве устройств считывания показаний систем технического ¡зрения построенных на базе передающих телевизионных камер.

Повышение точности поверки может быть также достигнуто проведе-

нией многократных намерений с последующей статистической обработкой данных . Однако с увеличением числа наблюдений прямо пропорционально падает производительность поверки. В данном случае реиение сздачи пошзения производительности достигается использованием при поверке динашческйх редиыов задания входных калиброванных сигналов. ' ■

По сравпеиио со способами автоматической поверки, использую-г»ши статичисяШ ре:,гиы. использование при поверке динамических ре-;:дшоз обеспечивает кроме высокой производительности, Также универсальность : способы могут•быть реализованы на базе систем автоматизации поверки с различным принципам считывания показаний (оптоэ-¡тронный, сикостпоЛ, телевизионный ), оли позволяют поверять лризора с. типовыми , та:-; и с шщивидуашаып вшшц (линейный к келавейный гш градупровочкой характеристики) , они позвояяэт кззерать приборы с вариацией показаат! (колебательным характером керзкодвого процесса прибора). Тамы обрагал, разработка новых способов автоматической поверки, использувлцк методы динамических пзисрений, допсшшт сущэствуваие в данной области технические ре-

Целью гоДок-? является исследоваш:е характеристик и алгоритмов .л о аткческоа поверки стрелочных электроизмерительных приборов в „ песках ротзгах, разрабои» и исследование новых способов ав-

" > ческой поверки в динамических релшах , обладаниях высоко:;

'Длительностью , ушасрсалькость» и ориентированных на массо-и;;ззодс^Ео. Зга цгль достигается раггнпем следующих основных

! ^ .«а 1 си "с. осанне о-ойкокпой модели процесса евто-V. I *»р , и д шшчьскай реаы подвгешон ■ час-

» , ^ с» о с.чь*£.11 показаний п г.;; вгжшосвязь;

о III р и подыгаюй чзотк стрелочного I о I г э т I - I с! его счшгЕааий покозоша'х ва ха-"ои л» о ьо ^ ьиосхь) автоматической

| ) ) и автоматической зюве-риг» в

хр о,о с "пшок^гл к щдяиииуагьгсг-ж

->» -ил г псводителывк способов к алго-

1 ^ 1 сч охочпах измерительных приборов

» Ь 1 V/.ого реглша нодв!к»к?й части и

с

- - 5 -

5. Анализ и оценка структур систем автоматизации поверки применительно к реализации разработанных способов в условиях массового производства.

Методы выполнения исследований. Работа выполнена с использованием методов имитационного моделирования,.математической статистики, теории идентификации, теории погрешностей и обработки результатов измерений. Достоверность разработанных научных положений и выводов подтверждена результатами имитационного моделирования и опытных испытаний на технологической установке.

Научная новизна диссертационной работы состоит в том, что :

- разработана обобщенная имитационная модель функционирования системы автоматизации поверки;

- разработан универсальный способ автоматического считывания показаний со шкал стрелочных измерительных приборов ;

- предложен метод определения динамических характеристик подвижной части СЭП, ориентированный на использование в системах автоматизации поверки;

- разработан способ автоматической поверки СЭП в динамическом режиме подвижной части с расчетным исключением динамической погрешности показаний;

- разработаны производительные способы автоматической поверки СЭП, совмещающие использование динамического режима задания входного сигнала с динамическим.отсчетом показаний.

Практическая ценность работы состоит в том, что : 1. Разработанная модель функционирования системы автоматизации поверки позволяет имитировать различные способы поверю!, ' исследовать их, выделять наиболее удачные технические решения и использовать их для разработки новых точных и производителькых способов автоматической поверки.

' 2. Способ автоматического считывания показаний позволяет определять показания стрелочных измерительных приборов с любым характером шкалы при использовании динамических•отсчетяых устройств любого типа (с двухкоординатным или однокординатным считавааиеи шкалы);

3. Метод определения, динамических характеристик подвижной части СЭП, ориентированный на использование в системах автоматизации поверки, позволяет учитывать динамическую погрешность показаний , возвикащую при использовании для поверки динамического режима задания входного сигнала;

А. Способы автоматической поверки в -динамических режимах обеспечивают высокую производительность при сохранении точности операции и реализуются на базе существующих систем автоматизации поверки стандартного состава, состоящих из унифицированных технических средств автоматизации и отсчетных устройств известных конструкций.

Реализация результатов работ. Диссертационная работа выполнена в рамках хоздоговорных НИР, проводимых кафедрой "Измерительно-вычислительные комплексы" Ульяновского политехнического института под руководством профессора-В.А.Мишина совместно с АО "Электроприбор" г. Чебоксары {И гос. регистрацию! 01850010106), ПО '.'Электроизмеритель" г. Витебск (М гос. регистрации 01860069892) в соответствии с мероприятиями по повышению уровня механизации и автоматизации производства СЭП, предусматриваемых отраслевой комплексной научно-технической программой по разработке и внедрению гибких , производственных систем производства щитовых магнитоэлектрических и электромагнитных СЭП . Продолжением данных мероприятий является комплексная программа производства аналоговых электроизмерительных приборов , разрабатываемая для предприятий злектропри-боростроения, входящих в объединение "Электромера".

Апробация рабояы. Основные результаты работы. докладывались и обсукдались на всесоазной конференции "Пути развития электронных средств и задачи, высшей школы в подготовке специалистов соответствующей квалификации" (г. Ульяновск, 1991), на второй всесоюзной конференции "Измерения и контроль при автоматизации производственных процессов" {г. Барнаул, 1991), на международной конференции "Технологии и системы сбора, обработки и представления информации" (г. Рязань, 1993 ), на У-ой российской научно-технической конференции "Оптические, радповолповые, тепловые методы . и средства югатроля качества материалов, изделий и окружаадей среды" (г. Ульяновск, 1933), ка ежегодных научно-технических конференциях Ульяновского политехнического института.

Основную появления, -виносимые на защиту: • 1. Обобщенная. кыктацпонная модель функционирования системы гаюиаткзации поверка;

2. Упизерсадышй способ автоматического считывания показаний со икая стрелочных измерительных приборов ;

3. Метод определения динамических характеристик подвижной Чозш СЫ1, ориентированный на использование в системах автоматизации поверки;

,4. Способ автоматической поверки СЭП в динамическом редине подвижной частя с расчетным исключением динамической погрешности показаний;

5. Производительные способы автоматической поверки СЭП, совмещающие использование динамического реяима задания входного сигнала с динамическим отсчетом показаний.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 работ, в тем числе получено 2 авторских свидетельства, 1 патент и 1 положительное решение на изобретение.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, ■ заключения, списка литературы из 106 наименований и трех приложений, содержит 124 страницы машинописного текста, 35 рисунков и 17 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТУ

Во введении обоснована актуальность теш, цель диссертации и основные задачи, решаемые при её выполнении.

В первой главе . разработана обобщенная имитационная модель системы автоматизации поверки (АП), предназначенная для моделирования, исследования и оценки способов автоматической поверки , использующих динамические режимы.

Рассматривая поверку , как процесс, эффективность которого характеризуется вероятностью Р выполнения задачи:

Р- Р Со-< бдоп>) п аЧЧдоп. ) (1)

где 5 - ошибка выполнения задачи поверки; Ь - время выполнения задачи поверки;, бдоп. - предельно допустимая■ошибка при поверке; Ьдоп. - предельно допустимое время на операцию поверки; в качестве показателей эффективности функционирования системы АП выбран вектор параметров { 5, Л >. На основе анализа основных методов'автоматической поверки, показано, что в качестве управляющих переменных модели наиболее подходят скорость 3 изменения сигнала на входе поверяемого прибора (ПП) и скорость о сканирования шкалы ПП. Более эффективным при этом будет считаться тот способ автоматической поверки, который при минимуме ограничений на управляющие переменные (на точность задания, стабильность в ходе поверки, взаимосвязь и взаимозависимость с другими параметрами системы и т.п.) обеспечивает минимум вектора <5,1).

Процесс автоматической поверки рассматривается как совокуп-

- 8 - ; .: ность трех основных обобщенных операций: -

- задания входного испытательного сигнала с целью перемещения стрелки к очередной поверяемой отметке;

- считывания показаний прибора на поверяемой точке шкалы;

- вычисления' приведенной погрешности и управления работой системы в целом; выполняемых, соответственно, устройствами , входящими в состав любой системы АП:

- источником входных сигналов (ЛВС);

- отсчетным устройством (ОУ);

- устройством обработки информации (УОИ).

Ш в ходе поверки также рассматривается как часть системы , т.к. он включен в цепь преобразования величин. Полученная, таким образом, расчетная, схема системы АН , рис.1 , послужила основой для разработки имитационной модели её функционирования. При работе системы АП реализуется одновременно множество процессов (изменение сигнала на входе ПП, перемещение стрелки ПП, перемещение ОУ относительно шкалы Ш, изменение сигнала на выходе ОУ и т.д.) и событий (считывание стрелки ПП, считывание поверяемой отметки ПП, установление показаний ПП, начало и завершение поверки и т.д.). Для их имитационного представления в качестве основной структурной единицы модели выбрана алгоритмическая компонента и функционирование каждого элемента системы представлено алгоритмом или последовательностью алгоритмов . В основу ж положены обобщенные математические выражения , описывающие функционирование каждого блока в зависимости от реализуемого регшма поверки,, характеристик поверяемого прибора и ситуации сложившейся в ходе поверки. Так, для описания сигнала на выходе ОУ в зависимости от параметров отсчитывающих элементов пкалы ПП, их взаимного положения и режима считывания показаний была разработана специальная экспоненциальная функция вида :

i «оу - «v»2 ( «оу - <*с. \2

L - тах(ехр(-2 |——- |), ехр(-2 |-- |)) (2)

£отм. ' ' V £стр. 1

где «оу, о:"К) с;с - угловые положения, соответственно, считывающего анемспта ОУ, к-ой поверяемой отметки, стрелки прибора, с0тм.~ центральный угол, равный

do

ion;.- arcco" ( 1--) (3)

У R2

- У -

источник

Охобных

сигналой

по- ■пооб.

йер. часть

прибор шкала

а с

отсчетное устрсйстбо

а,

устройстоо 'обработки информации

!" - бремя ; X - бхобной сигнал :скс- угол поборота поббижноО части ПП ;«"- углобые положения отметок I - Выходной сигнал с ОУ ; 7- погрешность ПП .

Рис.1 Схема системы АП

И!1ЧПЛ0

ПП начала и:

ПП забедапия

Г"

АК 2 бйор реш-я ]!ЙГ

1

ж 1 анализ

считыс ШЯ

ЦКШ Ш

КК 4- опреОг-

гении по:<а-ПП

1 ] 1_

Ж 5 Ш®;Ъ ка/ы ПП

И/ п Г'.Гл I

поагль ОУ

АК 6 пйэ/ь поляной части ПП

■v/ > ':/ \ 8 СУиЕ "Е-

СУ :тт с м ОУ

Рис.2 Схема функционального бзаимоЗейстбия алгоритмических компонент мобели системы АП

где d0- ширина поверяемой отметки в зоне считывания, расположенной от центра сканирования на радиусе r; естр.~ центральный угол, определяемый аналогично £отм.шириной стрелки dK в воне считывания. Функция (2) позволяет корректно моделировать выходные сигналы с ОУ на основе ёмкостного, оптоэлектронного или телевизионного считывания показаний. Имитационная модель представляет собой взаимосвязь восьми алгоритмических компонент, рис. 2:

- AKí í Анализ завершения считывлкя шкалы ПП; ,

- АК2 : Выбор реаима работы ИБО ;

- АКЗ : Модель ИБС;

'- АК4 : Определение показаний прибора;

- АК5 : Модель шкалы прибора;

- AKQ : Модель подвижной части прибора;

- АК7 : Модель ОУ; .

- АК8 : Выделение положения максимума сигнала с ОУ,

двух подпрограчи начала и завершения имитации и управляющей программы модели. Разработанные обще алгоритмы имитации автоматической поверки методом совмещения и методом отсчета погрешности по шале позволили установить информационное взаимодействие компонент модели, рис 3. '

В модели реализован универсальный способ (заявка Б021979/21 пол. реш. от 27.12.1993).отсчета показаний стрелочных измерительных приборов заключающийся в том, что в'первой цикле сканирования, когда стрелка совпадает с нулевой отметкой шкалы, в выходном сигнале L с ОУ выделяет Н локальных максимумов (минимумов) сигнала координаты которых сг*к будут соответствовать координатам отметок, в системе координат образуемой считанной строкой (траекторией скани-. ровааия). При погерке, когда стрелка занимает некоторое к-ое положение на шкале, в сигнале L вьщеляют и подсчитывают за цйкл все - присутствующие максимумы (минимумы) cr!j. Если их число совпало с чмслюм N поверяемых отметок , то фиксируют равенство'показаний прибора номиналу к-ой отметки. В противном случае координаты сг?3 последовательно сравниваот с координатами «V. отметок и если для i - oií координаты cr'"''¿ j-oro отсчетного элемента выполняется условие |сг4э - смк|<йй, где пег - погрешность отсчета координат, то он идентифицируется каре к-ая отметка, в противном случае элемент будет указателем , а разность («^ - «*к) пропорциональна показании пркиора на к-ой поверяемой отметке. Определение положений отсчиты-ваздих элементов по полскеипям «акешумов ( минимумов ) сигнала L

ритмических компонент побели системы АЛ

Рис.4 К методу определения ß uWo посЮижной масти СЗП при

а) статическом считыбании показаний ,-о) Оинамическом 'считывании показаний .

позволяет в системах ЛП наделаю считывать показания при нестабильном и/или неравномерном освещении' шкалы , разбросе сигнала по уровни за счет неравномерной яркости окраски отметок.

Проверка имитационной модели системы АП проведена методом детерминированного случая отдельно для автоматической поверки методом регистрации совмещения и автоматической поверки методом отсчета погрешности по икале ПЛ. .В методе регистрации совмещения случайны;,! образом варьировалась скорость S нарастания сигнала на входе ПП, в методе отсчета по скале - скорость о перемещения считывающего элемента ОУ. Детерминированным случаем для системы /Л считался случаи"! отсутствия собственной погрешности ( ïi-О ) у'Ш, пр; котором корректно функционирующая система долена обеспечивал близость к нулю математического окиданий ошибки о и не возрастал;;: её дисперсии при увеличении времени-моделирования вне еавкетаюси от положения а*к поверяемой отметки на скале и реализуемого йоге«! поверки. Оценка закона распределения контрольной выборки по S объемом в 1100 реализаций (100 приборов по 10 поверяемых отметок ! дала значение X2 - 7.94 в методе совмещения и X2 - 8.24 в метод; отсчета по шкале , что при критическом значении X2o.os " 12.6 позволило сделать вывод о том, что гипотеза о нормальности распределения контрольной выборки по б не отвергается с доверительной вероятностью 0.95. Данное заключение позволило применить к оцеп» равенства дисперсий у 11 увеличивающихся (со 100 до 1100 реаиша ций) по объему выборок критерий Вартлетта. Экспериментальное зка чение критерия X2 - 4.35, в методе совмещения и X2 - 5.48, в мето де отсчета по шкале, при критическом значении Х2о. 05 -"'18.3, подт вердило равенство дисперсий у контрольных выборок.' Таким образом полученные в ходе экспериментальной проверю! модели результат подтвердили отсутствие ошибок при имитации, что позволило исполь зовать модель в дальнейших исследованиях.'

Во второй главе рассматриваются способы автоматической повер ки в динамическом режиме подвижной части Ш при .отсчете показали статически ориентированном на поверяемые отметки ОУ.

Основной причиной, ограничивающей использование при поверк динамического входного сигнала, является инерционность подвшшс части СЭП в результате чего стрелка следует за изменением сигнал на входе ПП отставая от его значения на динамическую погреаност

которая складывается из двух частично взаимнокомпенсирующихс составляющих: постоянной - Дго и затухавшей переменой - ûet- Ир

мени поверки Тн < 1 минуты значение й? достигает ( 2 - 10 ) X, | делает невозможной поверку приборов класса точности 4.0 и вы-Исключение Д^ (известный двухскоростной способ автоматической ерки ) не дает существенного эффекта, т. к. в начале шкалы ( на - 5 отметках ) на точность поверки начинает влиять нескомпенси-анная и незатухшая составляющая Наиболее эффективным

дством исключения является вычисление её значения через ди-ические. характеристики подвижной части ПП : собственную круго-частоту колебаний «0 и степень затухания в. Определение значено и в является задачей параметрической активной идентифика-.. Вычисление значений и0 и в предложено проводить по результа-измерения моментов совмещения 1*к и ^к-н стрелки прибора с мя контрольными отметками Х*к и Х*к-и при задании на вход ПП чком входного сигнала равного пределу измерения прибора Х*ц, .. 4-а. В этом случае:

/ Х*к+1-

«о - / -:--(4)

/1 1

х*н (— г'VI2 + — X ь'к*!3)

2 3

В - X / Ыо •. (5)

3 X к ■ X к -1

X - - а*к+12 - --ОЛ2--ь*к3) (6)

2 X к+1 X

эжения (4), (5), (6) получены' разложением в окрестностях нуля эния уравнения прибора:

с12Х* сК* ■ -

-+ 2Вы0 -+ ы02Х* - ио2Х*ы . (7)

ёь2 &

X* реакция прибора на входной сигнал. Их исследование на гасть показало, что для вычисления ь>о и в с погрешностью не бо-(10 - 15 %) отметки Х*к и додшны летать в секторе в (5 -

градусов в начале шкалы.

Для'приборов, у которых в указанном секторе нет двух поверяе-отметок, вычисление ы0 и В проводится численно из .известных шх рекений уравнения (9). Исследования показали, что паиболь-точность определения «0 и в достигается, при использовании в >стло ь-онтролышх второй х*2 п предпоследней отиеток пкая!

Х*м-1 • При регистрации моментов совмещения4*2 и 1*н-1 с погрешностью * 10"3 секунд (частота опроса ОУ в системе АП около 1 кГц) и0 и е вычисляются с погрешностью не более 1 % за (2 - 6) итераций.

Предложенный метод определения «о и в использован при разработке высокопроизводительного способа автоматической поверки (а.с.1599818), содержащего два цикла: во вспомогательном цикле реализуют метод определения ы0 и в, в основном - осуществляют автоматическую поверку методом регистрации совмещения. Значение динамической погрешности в способе вычисляется и при определении собственной погрешности прибора вводится соответствующая поправка. Высокая производительность способа обеспечивается тем, что длительность вспомогательного' цикла не превышает времени установления показаний (для СЭП менее 4 секунд), а основной цикл проводится на на высокой скорости изменения входного сигнала при которой диапазон измерения проходится за время близкое ко времени установления показаний.- Сравнительная имитация различных способов автоматической поверки, использующих динамический режим задания входного сигнала, на модели системы АП.подтвердила высокие характеристики разработанного способа по точности и быстродействию, что позволяет

применить его для'поверки СЭП всех основных, классов точности 0.5 -

'■■'■'■. '

В третьей главе рассматриваются способы автоматической поверки СЭП при динамическом считывании показаний, с одновременным динамическим заданием входного сигнала. . •

Динамический режим считывания реализуется'непрерывным перемещением вдоль шкалы ПП ОУ. Выходной сигнал . с ОУ в этом случае представляет собой временную последовательность сигналов от отдельных малых участков изображения находящихся в, поле считывания. При известной скорости и перемещения ОУ положение любого к-го отсчитывающего элемента шкалы ПП определяется в единицах времени 1к и затем пересчитывается в его угловую.координату «к-на шкале.

При динамическом считывании скорость ы сканирования в методе совмещения устанавливается равной:

3 Р.' ос*и

ь»с - К--(--— * 1 ) (8)

Х*(; с!0 '

где К - число считываний стрелки за время ее совмещения с отметкой; «10 - ширина отметки; с!к - ширина стрелки. При времени поверки

< 1 минуты для приборов с различным количеством поверяемых отток скорость ^ имеет значение от нескольких десятков до сотен диад в секунду. Показания 1Ш при этом за время поверки определи-ся более ста раз.

Снижение скорости сканирования и числа отсчетов показаний стигается использованием метода отсчета погрешности по шкале ПП. я реализации метода отсчета при динамическом считывании показа-й и динамическом входном сигнале предложен способ (патент Т/740) заключающийся в том, что при поверке скорость изменения гнала на входе ПП в к-ом цикле устанавливают в соответствии с эажением

ы ( XVI - Х*к ) 2К - --(9)

' 2- » а*к

71а погрешность ПП Ддк> выраженная в угловых единицах, на к - ой зеряемой отметке будет равна:

Ы «*к

Д«к--т'к - «*к - йОк-1 (10)

2К + й*к

: х'к - интервал времени между моментом считывания (к-1) -

положения стрелки и моментом (.'к считывания к - го положения ¡елки.

Методическая погрешность в способе вычисляется по выражениям: Й"к - /Ц*-} + Дак К - -при Х'к < Гк (11)

«*к+1 - * Дак+1 . (12)

- ----:— при т'к > тк

, I ^

X !-+!•( (Л- 1к>

т1с,- (2н + и*к)/о расчетная длительность к-го цикла поверки, т методической погрешности позволяет снизить процент ошибок при ерке.в (2-4) раза ¡1 их количество в способе для приборов клас-■ (0.5 -2.5) не превышает IX.

На автоматическую поверку приборов с нелинейными градуировоч-и характеристиками ориентирован способ в котором вычисление потов совмещения стрелки с поверяв!мгл отиетксми проводится по 'шм,- полученным методом отсчета погрешности по шкале. В нем со-явете скорости 5 нарастания сигнала на входе ПП и скорости и чнровалня скалы •устанавливают таким, чтобы кратность периода

сканирования t0y и времени Tn была равна числу поверяемых отметс N: Tn /toy - N- Тогда, за время поверки стрелка будет' считана раз. Моменты считывания t'K (к-1,п) пересчитывают ее в углов! координаты ос'ск (к-1,п) и восстанавливают движение стрелки в ввд аппроксимирующего полинома «с - Pn(t). После этого полагая Рп(1 последовательно равным угловым положениям ct*K поверяемых Отметс находят значения моментов времени t"K в которые выполняется р; венство Pn(t) - с£*к- Моменты t*K являются искомыми моментами coi мещения стрелки с поверяемыми отметками. Тогда, зная зависимое изменения сигнала на входе ПП, определяют истинные значения ,сигн. ла на входе XK(t*K) , а номиналы поверяемых отметок Х*к есть соо1 ветствующие им значения измеренные прибором, поэтому абсолютная приведенная погрешности прибора определяются как в методе совмещ* ния.

Способ обладает теми преимуществами, что во-первых, позволя' проводить поверку при одной постоянной скорости.изменения входно. сигнала во всем диапазоне измерения для приборов с нелинейны градуировочными характеристиками и, во-вторых, исключить погре: ность нормирования, возникающую когда определении абсолютная по решность ПП определяется в виде угловой величины.

Для параметрической идентификации модели подвижной части : показаний необходимо дважды зафиксировать положение стрелки в хо переходного процесса. Однако, т.к. длительность переходного пр цесса меньше длительности цикла .считывания шкалы при динамическ отсчете показаний , то фиксация положения стрелки требует разли ных алгоритмов работы устройств при различных соотношениях скоро ти перемещения стрелки и скорости считывания . Поэтому алгори реализации метода определения ыа и в при динамическом считывании разработан на основе двух следующих положений: 1. во время пер ходкого процесса положение стрелки фиксируется однократно, 2. п ремещение стрелки во время переходного процесса и направление сч тывания делаются встречными.

По нему подают на вход ПП скачком сигнал равный по значен Х*ы и затем, после временной задержки, необходимой для успокоен подвижной части , в момент времени tc считывания нулевой отмет шкалы отключают его на ноль. Стрелка начинает двигаться навстре отсчитывающему элементу и считывается момент времени tci ( углог положение ctci). Затем, повторяют эту операция», но отключают сип с X*n до нуля-не в момент времени t0 , ас некоторой временной :

íepsiKOfi t3 . В результате чего стрелка фиксируется в момент времени tC2 (угловое положение йог).причем, очевидно, tíci*«С2> Рис. 4-6.

Определение значений С и wa производится численно по значением t-ci» tc2. t3 и «ci, с(с2 из систе).ш двух нелинейных уравнений сформированной из решений уравнения (7), записанных для переходно-о процесса возипкеющего у ПП при отключении прибора с уровня Х*н а ноль. Точность численного ресешга система t! точность определе-ия иоитпоь времени tci и tcs должны бить идентичны соответствуют при реализации метода в главе 2. Погрсккссгь вычисления S и о з зависимости от угла мезду <*ci и «с2 аналогична погрешности от гла нехду отметками Х*к и Х*к+1. поэтому, длительность задержи з, лекажей в предела; :

&Í «*[{

- < t3 < --(13)

« о

те - чувствительность считывающего устройства , следует выби-блгс-.е :: верхней границе углзаннсго диапазона - / и . Разработанные в главе способы позволяют организовать звтема-гчеатуя поверку СЕП при сочетании гнсскспроизводительного дипамк->скогс по входу и универсального даэтгсгического режима при

В чстегтЯ sísate рпссяотрепя ".спроси ртяяацги и испольго-¡тпп способов гзтоултичёской поверх в дяигляческих рехк?;ах.

На осноке анализа расокирени« '-атерналоз по способам азто-тичесгал позерки в дпиа-.сгчсс.-отх регг-кх предложен ряд рсксменда-ñ c«5c5r,S3^!t4 результаты ксследовсппй и позвешжзк по типу при-роз , пчтс'мтлз"!'!^ ncscpici котсп'" нредпотагазтел, выбрать яаи-лсе нолколг,н"л для кик по поош^одцтезпесгл и точности.

Цг- a " q rni" ""т ; р" г г с 1 <" г'» "

л " с"" 17" ' с '1 1 " tт ого

-^г.гл 4 ссслс"'.' '.и пп СР"-"СТЗ rxicT.^

".'-.г.:"г п усгрс:"сгп гт\-ст:':-'х "с:-стпук:п!Получены

"ч г^тс^ат.^з"!":::. Ггг.рг.бот"'") ус?ро:'стт дл;

i i "i i г" se ; ■ )

С I I

-П JT г

Гг

Проведен анализ метрологических требований к отдельным операциям при автоматической поверке и автоматической индивидуальной градуировке который показал , что точность средств (алгоритмических и технических) автоматического считывания показании в обоих операциях должна быть равной, а , следовательно, полученные решения применимы и при автоматизации индивидуальной градуировки. Приводится методика и результаты экспериментальной реализации разработанных алгоритмических решений на технологической установке для автоматизации поверки и индивидуальной градуировки электромагнитных приборов 38030, проведенная на ПО "Электроизмеритель" г. Витебск. Полученные результаты сходятся с. результатами модельной оценки разработанных способов и обеспечивают соотношение класса точности поверяемых приборов и автоматического отсчета показаний на уровне 3:1.

В приложении 1 приведена программа, реализующая имитационную модель системы АП.

В приложении 2 приведены градуировочные характеристики 93 вольтметров электромагнитной системы типа 38030 с пределом измерения 250 вольт, служившие исходными данными при моделировании различных способов поверки. Приведены результаты моделирования и данные их обработки. ' ' . •

В приложении 3 приведены документы, подтверждающие использование результатов диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработана обобщенная 'имитационная модель функционирования системы автоматизации поверки, ориентированная на моделирование, исследование и оценку способов автоматической поверки , использующих динамические режимы.-

2. Разработан универсальный способ автоматического считывания показаний со шкал стрелочных измерительных приборов, основанный на последовательном сравнивании положений отсчитывающих элементов в однокоординатной системе отсчета вдоль траектории сканирования шкалы (3. 50021979/21 пол. реш. от 27.12.1993).

3. Предложен метод определения динамических, характеристик подвижной части СЭП, основанный на его параметрической идентификации. Определены точностные каракт-ристики. разработаны алгоритмы реализации метода для приборов с различным числом поверяемых отме-

ток, при использовании статического или динамического отсчета показаний.

4. Разработан высокопроизводительный способ автоматической поверки СЭП в динамическом режиме подвижной части , исключение динамической погрешности показаний СЭП обеспечивается в нем расчетных« путем (а.с.1599818).

5. Разработан способ автоматической поверки СЭП, реализующий метод отсчета погрешности по шкале поверяемого прибора при использовании динамического режима задания входного сигнала с динамическим отсчетом показаний (патент 2007740).

6. Разработан способ ориентированный на автоматизацию поверки СЭП с нелинейными градуировочными■характеристиками.

7. Получены выражения позволяющие из соображений заданной точности дискретных преобразований и производительности поверки выбирать и настраивать отдельные блоки системы автоматизации поверки. Разработано устройство для автоматизации поверки на основе метода совмещения (а.с.1739328).

8. Экспериментально подтверждена возможность использования разработанных технических решений при автоматизации поверки и индивидуальной градуировки СЭП классов точности 0.5-2.5

Материалы диссертации отражены в .следующих публикациях:

1. A.c. 1599818, G01R35/00 Способ автоматической поверки измерительных приборов / В.А. Мишин, С.К. Киселев, Г.В. Медведев,

- опубл. Б.И. 1990, 38

2. A.c. 1739328, G01R35/00 Устройство для автоматической поверки стрелочных измерительных приборов / В. А. Минин, С.К. Киселев,

- Опубл. Б.И. 1992, 21

3. Патент 2007740, 601R35/00 Способ автоматической поверки стрелочных измерительных приборов / В.А. Мишин, С.К. Киселев,

- Опубл. Б.И. 1994, 3

4. Киселев С.К. Алгоритм распознавания образов отсчитывающих элементов в системе автоматизации поверки приборов \\ Всесоюзная конференция "Пути развития электронных средств и задачи высшей школы в подготовке специалистов соответствующей квалификации": Тег. докл. - Ульяновск, 1991, с. 69

5. Мниин В.А., Киселев С.К. Автоматизированная система для поверки

СЭЛ \\ Всесоюзная конференция "Измерения и контроль при автоматизации производственных процессов": Тез. докл.- Барнаул, 1S01 с. 177

6. Использование информационной способности аналогошх пряборо-при автоматизации контрольных операций в технологии сборкц / В.АЛ,ишин, Л.В.Федотов, А.Ю.Дятлов, С.К. Киселев \\ Ые:эдунарог,-иая конференция "Технологии и скстеш сбора , обработал! г. представления информации" : Тез. докя. - Рязань, 1993, с.51

7. Киселев O.K. Автоматизированный долусковый контроль погрешности СЭП при использовании оптсзлектроншх датчиков \\ V.-ал воерос снискал конференция "Оптические, радковолновые, тепловые метод:: и средства контроля качества материалов, изделий и округах;.:;': среды" : Тез. докл. - "Ульяновск, 1993, с. 28

8. Разработка и исследование автоматических методов активного контроля и поверки магнитоэлектрически приборов в динамических редимах : Автоматизация поверш СЗП со встроенный icoi;?po.i;s..' показаний. Отчет о НИР N12-29/85 / Ульяновский п-т. институт рук. В.А.Ыиеик, отв. ксп. С.К. Киселев, В.Н. Шавринский, il гсс. per. 0185.0010106 Ульянове;;, 1980, 52 с.

9. Киселев С.К. Математическая модель процесса азтемлткзирозышой поверки \\ XXVIi научло-тех. кокф. Ульяновского политех., ипстг. тута: Тез. докл. Ульяновск, 1993, с.62

10.Киселев С. К. Анализ устройств считывания поверочной информации системах автоматизации повер®, язкэрцтелышх пркбороз \\ J0W г.з учко-тех. конф. Ульяновского политех, института: Тез. до гл. -Ульяновск, 1931, с.55 _

11. Киселев С. К. Оценка эффективности автоматнззфоваккол позер;;:; электроизмерительных приборов \\ XXIV научно-техническая- кокф Ульяновского политех, института: Тез. докл. - Ульяновск, 1990, с.21

12.Киселев С.К., Медведев Г.В. Метод устранения динамической одй:-: в автоматизированных системах поверки стрелочных приборов \\ XXIIV научно-тех. конф. Ульяновского политех, института: Тез. докл. - Ульяновск, 1989, с.10

13.Способ автоматического считывания показаний со шкал стрелочных измерительных приборов при их поверке \\ С.К. Киселев , В.А.Ми шин з. 5021979/21 пол. реп. от 27.12.1993 г.

Офсет.лаб. УлГТУ. Заказ 528. Тирак 100.