Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Приборы и методы измерения механических величин

Диссертационная работа:

Катков, Алексей Николаевич. Вторичные преобразователи для тензометрических датчиков давления : диссертация ... кандидата технических наук : 05.11.01 / Катков Алексей Николаевич; [Место защиты: Пенз. гос. ун-т].- Пенза, 2011.- 182 с.: ил. РГБ ОД, 61 11-5/3371

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальность работы. Необходимость измерения неэлектрических (механических, тепловых, химических, оптических, акустических) величин стала причиной разработки широкого спектра датчиков физических величин. Датчики физических величин являются первичными поставщиками информации о значениях различных физических величин и неотъемлемыми компонентами различных информационно-измерительных систем – систем управления, контроля, измерения, телеметрии. Фактически, датчики находятся на границе осведомленности человека о значениях параметров технических процессов.

В настоящее время датчики давления выпускаются большим количеством отечественных и зарубежных фирм: Метран, МИДА, НИИФИ, Endress&Houser, Honeywell, Yokogawa, Omegadune, Druck, Fisher-Rosemount и др. Развитие датчиков идет непрерывно; на ближайшие 40 лет прогнозируется повсеместное внедрение датчиков.

Отечественная школа датчикостроения зародилась в середине
ХХ в. Она представлена такими учеными, как А. М. Туричин,
Д. И. Агейкин, П. В. Новицкий, П. П. Орнатский, Ф. Е. Темников,
М. А. Земельман, Т. М. Алиев, Б. С. Сотсков, К. Б. Карандеев,
М. П. Цапенко, В. М. Шляндин, Э. К. Шахов, Е. П. Осадчий, Е. А. Мокров, Е. А. Ломтев, и рядом других. Ими была разработана теория проектирования датчиков для измерения неэлектрических величин и опубликовано несколько фундаментальных монографий, отражающих состояние развития датчико-преобразующей аппаратуры.

Прогресс в области элементной базы и средствах реализации вычислительных алгоритмов сделал возможным применение цифровых методов обработки измерительной информации непосредственно в самих датчиках, что привело к появлению нового класса измерительно-вычислительных устройств – цифровых вторичных преобразователей для тензометрических датчиков давления. В настоящее время вопросы разработки методики проектирования цифровых вторичных преобразователей, построения их структур, определения требований к измерительному каналу температуры и теоретических пределов достижимых погрешностей, моделирования и реализации структур и алгоритмов коррекции погрешностей, проектирования встроенного программного обеспечения, коррекции одной из составляющих температурной погрешности датчика – температурной погрешности тока питания тензомоста, методики автоматизированной настройки цифровых вторичных преобразователей не являются достаточно проработанными, что обуславливает актуальность диссертационной работы.

Целью данной работы является совершенствование цифровых вторичных преобразователей тензометрических датчиков давления структурно-алгоритмическими методами путем использования возможностей цифровой обработки измерительной информации.

Основные задачи исследования:

  1. Разработать методику модельно-управляемого проектирования цифровых вторичных преобразователей тензометрических датчиков.

  2. Исследовать связь между характеристиками измерительных каналов давления и температуры в составе цифровых вторичных преобразователей с целью определения чувствительности измерительного канала температуры и температурной погрешности датчиков давления, достижимой цифровой обработкой измерительных сигналов.

  3. Разработать имитационную модель с целью построения конечного автомата, необходимого для проектирования встроенного программного обеспечения цифрового вторичного преобразователя.

  4. Провести анализ алгоритмов аппроксимации с целью определения времени выполнения вычислительных процедур цифровыми вторичными преобразователями.

  5. Исследовать возможность коррекции одной из составляющих температурной погрешности датчика давления – температурной погрешности тока питания тензомоста – структурно-алгоритмическим способом.

Методы исследования. При решении поставленных задач применялись методы математического моделирования, стендовые испытания, схемотехническое моделирование, численные методы аппроксимации.

Научная новизна работы:

  1. Определены эмпирическая зависимость чувствительности измерительного канала температуры от максимума производной функции влияния температуры на измерительный сигнал тензометрического чувствительного элемента давления и зависимость неустранимой температурной погрешности датчика давления от погрешности измерения температуры чувствительного элемента.

  2. Предложен способ определения структуры и синтеза алгоритма работы цифрового вторичного преобразователя тензометрического датчика давления, отличающийся комплексным исследованием структуры и алгоритма имитационным моделированием.

  3. Разработан структурно-алгоритмический способ автоматической коррекции одной из составляющих температурной погрешности датчика – температурной погрешности тока питания тензомоста – отличающийся использованием цифроаналоговой обратной связи в структуре цифрового вторичного преобразователя.

Практическая ценность работы:

  1. Разработана инженерная методика модельно-управляемого проектирования цифровых вторичных преобразователей тензометрических датчиков давления, позволяющая снизить длительность разработки и повысить технические характеристики цифровых вторичных преобразователей.

  2. Разработана имитационная модель структуры и алгоритма работы цифрового вторичного преобразователя, позволяющая синтезировать конечный автомат, необходимый для проектирования встроенного программного обеспечения.

  3. Разработана инженерная методика расчета чувствительности измерительного канала температуры, необходимой для коррекции температурной погрешности тензометрического датчика давления.

  4. Разработана инженерная методика расчета границы неисключенной температурной погрешности тензометрических датчиков давления, достижимой цифровой обработкой измерительных сигналов.

  5. Решена задача снижения трудоемкости настройки цифровых вторичных преобразователей тензометрических датчиков давления за счет использования инженерной методики настройки, основанной на реализации алгоритмов вычисления коэффициентов аппроксимирующих кривых во встроенном программном обеспечении цифровых вторичных преобразователей. Методика внедрена в опытное производство тензометрических датчиков давления.

  6. Предложена последовательность этапов проектирования встроенного программного обеспечения цифровых вторичных преобразователей, связанная с использованием автоматного программирования, позволяющая уменьшить трудоемкость разработки встроенного программного обеспечения.

  7. Разработаны, апробированы и внедрены в опытное производство алгоритмы коррекции нелинейности и температурной погрешности тензометрических датчиков давления цифровыми вторичными преобразователями. Проведены испытания опытных образцов тензометрических датчиков давления, получены значения основной приведенной погрешности порядка 0,1 % и температурной погрешности порядка 0,002–0,005 %/С.

На защиту выносятся:

  1. Результаты теоретических и экспериментальных исследований функции влияния температуры на измерительный сигнал давления.

  2. Способ определения структуры и синтеза алгоритма работы цифрового вторичного преобразователя, позволяющий получить минимальное значение температурной погрешности, отличающийся комплексным исследованием структуры и алгоритма имитационным моделированием.

  3. Структурно-алгоритмический способ автоматической коррекции одной из составляющих температурной погрешности датчика – температурной погрешности тока питания тензомоста – отличающийся использованием цифроаналоговой обратной связи в структуре цифрового вторичного преобразователя.

Реализация работы и внедрение результатов. На основе проведенных теоретических исследований и разработок внедрены в опытное производство датчики давления ДРЭ-001 и ДРЭ-003, алгоритмы коррекции нелинейности и температурной погрешности тензометрических датчиков давления и методика автоматизированной настройки цифровых вторичных преобразователей датчиков давления. Результаты использовались при выполнении ОКР «Возрождение» и ОКР «МКС-Эксплуатация» в ОАО «НИИ физических измерений» (г. Пенза).

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: XXVIII Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Датчики и Системы-2009» (г. Пенза, 2009 г.), Международной научной конференции «Компьютерные науки и информационные технологии-2009» (г. Саратов, 2009 г.), Международной научно-технической конференции «Проблемы автоматизации и управления в технических системах-2009» (г. Пенза, 2009 г.), XXIХ Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Датчики и Системы-2010» (г. Пенза, 2010 г.), Международной научно-технической конференции «Методы, средства и технологии получения и обработки измерительной информации» (г. Пенза, 2010 г.), Отраслевой научно-технический конференции приборостроительных организаций Роскосмоса «Информационно-измерительные и управляющие системы-2010» (г. Королев, 2010 г.), XXХ Межрегиональной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Датчики и Системы-2011» (г. Пенза, 2011 г.), Международной научно-технической конференции «Проблемы автоматизации и управления в технических системах-2011» (г. Пенза, 2011 г.), Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Компьютерные и информационные технологии в науке, инженерии и управлении-2011» (г. Таганрог, 2011 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 25 печатных работ, в том числе 4 работы в журналах из перечня ВАК, а также получено 3 свидетельства о регистрации программного обеспечения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения,
4 глав, заключения, списка литературы, содержащего 140 наименований, 5 приложений. Изложена на 181 странице машинописного текста, содержит 85 рисунков, 8 таблиц.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net