Разработка и исследование процессорных средств измерения параметров элементов сложных двухполюсных электрических цепей Суровицкая, Галина Владимировна

Введение к работе

Актуальность работы. Развитие современной науки и произ
водства, разработка новых технологий выз'аваит необходимость'
автоматизации процессов в самых различных областях техники.
Проведение такой автоматизации определяет непрерывно возрас
тающие требования к метрологическим, техническим и эксплуа
тационник характеристикам средств-измерений; Выполнение
этих требований обеспечивается как за счет совершенствова
ния приборов и устройств, основывающихся на известных мето
дах и способах измерений, так и созданием принципиально но
вых методов, способов и средств измерения. ,

Исследуемый объект во многих случаях мовет быть представлен в виде'модели, характеризующейся-эквивалентной схемой -двухполюсной электрической цепьв (ДЭЦ), как правило многоэле-аентной, параметры которой функционально связаны с параметрами и характеристиками объекта.' Вуден называть иногозлёнент-нуа ДЭЦ кногозленентнын двухполюсником (МЗД). -_

Проблема преобразования параметров МЗД является актуальной, поэтому, исследованиями в этой области занимавтся российские коллективы под руководством Кнеллера В. В., Куликовского К. Л.. Мартяюина А. й., ітакбергера Г. й. и др.

К настояиему времени разработаны аналоговые и цифровые преобразователи практически для всех двух- и трехэлементных Д3![. Данные преобразователи имевт высокие метрологические характеристики и работаат в вироком диапазоне.изменения параметров ДЭЦ.

Предложены принципы построения и разработана преобразователи параметров нерезонансных, трех- и четырехэлементных ДЗЦ гри использовании синусоидального и несинусоидального воздей-

-⁴-- '<'

ствия на измерительную схему.

Однако необходимость учета большого числа факторов и обеспечения максимальной полноты модели приводит к постоянному увеличению числа элементов МЗД. В эквивалентных схемах, соответствующих некоторым реальным объектам и процессам, число элементов МЗД достигает і0— 15,

Использование для измерения и контроля параметров 'элементов таких МЗД традиционных методов и средств затруднительно, т. к. приводит к существенному услокнению реализации, сниае-. нию точности, невозмовности обеспечения взаимной инвариантности результатов измерения.

Эти обстоятельства . а такне быстрое развитие и широкое использование вычислительной техники обусловили интерес к процессорным измерительным средствам (ПрИС), характерной и определяющей чертой которых является включение в процесс измерения микропроцессора.

Такой подход намечен в работах В.Ю.Кнеллера, Г.н.йтамбер-гера, 3. И. Цветкова. Ряд структур ПрИС для МЗД предловен fl. Ф. Прокунцевым, Д.. А. Боровских.

Вместе с тем многие вопросы построения ПрИС для МЗД с
большим числом элементов к настоящему времени не решены. К
ним следует отнести,недостаточное развитие математического
и алгоритмического обеспечения процессорной обработки изме
рительного сигнала и, конкретно, числовых измерительных
преобразований. ,

Под числовым измерительным преобразованием понимается часть измерительной процедуры, состоящая в измерительных преобразованиях числовых массивов, содернащих информацию о значениях измеряемых величин, соответственно числовой измерительный преобразователь есть совокупность аппаратных и

-5.-

програккннх средств, обеспечивающих числовые измерительные
преобразования. .._. . ._ ._ . „'

Недостаточно разработаны вопросы метрологического анали-зз процедури измерения параметров миагозяекентных двухполис-киков (ПМД) с позиций теории процессорных измерений.

Таким образом, существующее положение в области методов
и средств измерения.параметров.двухполюсников, количество
элементов которых больше четырех, не удовлетворяет современ
ным требованиям как с точки зрения оптимальности собственно
процедур измерения ПМД, так и с точки зрения разработанности
их метрологического анализа. ', * '

. Первое обстоятельство является результатом низкой степени изученности проблем применения микропроцессоров в составе устройств для измерения ПНД и их. составной части - числовых измерительных преобразователей.

Второе - следствием недостаточной разработанности теории процессорных измерений, особенно применительно к слоеным измерительным задачам, какими являится задачи измерения параметров элементов МЭД.

Целью настоящей работы является разработка ПрИС для измерения ПМД, синтез и исследование реализующего основнуи его часть числового измерительного преобразователя ПМД, теоретическая проработка и практическая реализация аппарата метрологического анализа процедуры измерения ПМД с помощью ПрИС.

Задачи исследования: . І.Разработать метод измерения ПМД, обеспечивающий получе-. ние информации о значениях параметров слоеных МЭД на базе включенного в состав измерительной цепи микропроцессора.

2.Синтезировать алгоритмы числовых преобразований ПМД.

3.Разработать¹принципы построения и структуру числового

измерительного преобразователя ПМД. 4.Разработать теоретические основы метрологического анализа процедуры измерения ПМД с помощью ПрИС. 5.Синтезировать алгоритм реализации метрологического анализа процедуры измерения ПЫД с 'помощью ПрИС. Методы исследования основываются на применении методов теории электрических цепей, теории графов, теории процессорных измерений, теории вероятности, методов вычиблительной математики, численных методов решения систем уравнений. Научная новизна:

1. Поставлены и решены задачи построения числового измерительного преобразователя ПМД. Разработаны алгоритмы синтеза систем уравнений, обеспечивающие их автоматическое составление и превосходящие известные по эффективности.

2. Предлонены пути расширения функциональных возможностей числового измерительного преобразователя ПМД.

3. Разработаны подходы к.метрологическому анализу процедуры совокупных измерений с помощью ПрИС.

4. Проведены теоретические исследования погрешности разработанного ПрИС.

Практическая ценность:

5. Разработаны основы методики построения числовых измерительных преобразователей ПМД.

6. Разработан числовой .измерительный преобразователь ПМД, обеспечивавший измерение до 16 параметров МЭД, являющихся моделями диэлектрических и полупроводниковых материалов, реального конденсатора, емкостного датчика влавности, процесса коррозии, процессов на

- 7 -
границе диэлектрик-раствор.
3. Разработан аппарат петрологического анализа процедури
измерения ПМД с помощью ПрИС, позволяющий получить
оценку методической погрешности измерения ПМД.
Основные результаты диссертационной работы использованы
в НИИ ЗМП (г. Пенза) для моделирования тонких проводящих
структур, в Пензенском конструкторском бюро моделирования
для моделирования функционирования модулей ввода, в Пензенс-
ком региональном центре высшей школы при организации.базы
измерительных знаний ПрИС, на Сосновоборской суконной фаб
рике "Творец рабочий" для контроля толщины изделий из
диэлектрических материалов. '

На защиту выносится: ' ,

7. принципы построения и структура алгоритмического и программного обеспечения числового.измерительного преобразователя ПМД;

8. аппарат метрологического анализа процедуры измерения ПМД с помощью ПрИС.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсувдались на Мендународной конференции "Методы и средства измерения механических параметров в системах контроля и управления" (г. Пенза, І994), на еге-годной надчнойч конференции профессорско-преподавательского состава Пензенского государственного технического университета (г. Пенза, 1995).

Публикации. По результатам исследований и разработок, выполненных в процессе работы над диссертацией, опубликовано пять научных работ, получено авторское свидетельство.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы (83 наименова-

Похожие диссертации на Разработка и исследование процессорных средств измерения параметров элементов сложных двухполюсных электрических цепей

Разработка методов и средств измерений для исследования параметров источников магнитных полей ЯМР-томографовГаджиев Шафаят Халил оглы

Разработка и исследование методов и средств измерения изменяющихся параметров нестационарных помехДементьев, Сергей Иванович

Исследование и разработка методов и средств измерений электрических параметров интегральных (гибридных) ЦАП и АЦП в системах технологического контроляВласов, Геннадий Сергеевич

Разработка и исследование измерительных преобразователей параметров переменных сигналов и цифровых средств измерения на их основе Першенков Петр Петрович

Разработка и исследование методов построения преобразователей сопротивления резистивного датчика для малопроводных средств измерения параметров технологических процессов в нефтяной промышленности Кутлуяров Георгий Халифович

Разработка и исследование метода и автоматизированных средств измерения дипольных магнитных моментов удлиненных тел интегрированием проходных характеристик магнитного потокаУрбанович, Юлиан Александрович

Разработка и исследование методов и эталонных электрометрических средств измерений малых постоянных токов в диапазоне 10 в -17 степени - 10 в -3 степени АПавлов, Олег Михайлович

Исследование методов и разработка автоматизированной аппаратуры для поверки средств измерений электрической мощности и коэффициента мощностиБудовский, Илья Феликсович

Разработка и исследование индукционного компенсационного метода для эталонов и образцовых средств измерений магнитной индукции переменного поляЧернышев, Всеволод Евгеньевич

Исследование принципов построения и разработка генераторов гауссовских случайных процессов для метрологического обеспечения средств статистических измерений Тюленев Константин Викторович