Содержание к диссертации
Введение
1. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ПСРД С ПРОВОДНЫМ КАНАЛОМ СВЯЗИ 12
1.1. Общие вопросы 12
1.2. Выбор структуры ЭКС для двухпроводных ПСРД 16
1.3. Пути уменьшения влияния неинформативных параметров на точность ПСРД с проводным КС 19
1.3.1. Уменьшение влияния изменения параметров КС 20
1.3.2. Использование принципа инвариантности для повышения точности ИУ 31
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 41
2. МЕТОДЫ ИНВАРИАНТНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ
ДАТЧИКА 42
2.1. Пути построения малопроводных ПСРД на основе многоканальной и селективной форм инвариантности.. 42
2.2. Построение ПСРД с замкнутой структурой 51
2.2.1. Способы построения ПСРД с регулируемым сопротивлением 56
2.2.2. Способы построения Псрд с регулируемым током 63
2.3. Построение ПСРД с разомкнутой структурой 70
2.3.1. Способы построения ПСРД, инвариантных к изменению АСЛ *... 76
2.3.2. Способы построения ПСРД, инвариантных к влиянию СЗП и изменению АСЛ 82
2.3.3. Способы обеспечения квазиинвариантности к уменьшению РйП в сочетаниях с инвариантностью к АСЛ и СЭП 90
2.4. Обеспечение инвариантности к РСЛ ЮЗ
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Г07
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПОГРЕШНОСТЕЙ ИНВАРИАНТНОСТИ
ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ДАТЧИКА
3.1. Исследование влияния погрешностей инвариантности параметров КС в ПСРД с ЗС
3.2. Исследование влияния погрешностей инвариантности параметров КС в ПСРД с PC 116
3.2.1. Погрешности, вносимые КС при обеспечении инвариантности к АСЛ и СЭП 116
3.2.2. Погрешности, имеющие место при обеспечении квазиинвариантности к СИП 123
3.3. Динамические погрешности и помехоустойчивоотъ ПСРД 133
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ' 138
4. ПРИМЕРЫ РЕАЇЇЮАЦИИ МЕТОДОВ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ
ДАТЧИКА В МАЛШРСВОДНЫХ ТЕРМОМЕТРАХ 13У
4.1. Общие замечания 139
4.2. Разработка и экспериментальные исследования термометров на базе ПСРД с ЗС 14 О
4.3. Разработка и экспериментальные исследования термометров на базе ПСРД с PC 144
4.3.1. Термометр с инвариантностью к АСЛ и РСЛ 145
4.3.2. Термометр с инвариантностью к АСР, РСЛ и СЭП 160
4.4. Выбор структуры формирователей измерительных каналов 171
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 172
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 172
Литература
Приложения 192
- Выбор структуры ЭКС для двухпроводных ПСРД
- Пути построения малопроводных ПСРД на основе многоканальной и селективной форм инвариантности..
- Исследование влияния погрешностей инвариантности параметров КС в ПСРД с ЗС
- Разработка и экспериментальные исследования термометров на базе ПСРД с ЗС
Выбор структуры ЭКС для двухпроводных ПСРД
Одним из основных критериев оптимальности при формировании структур ЭКС является частота несущего информацию параметра, в связи с чем целесообразно выделение первичных или вторичных параметров линии связи. Из курса ТОЭ известно, что .двухпроводная линия в общем случае может рассматриваться как цепь с распределенными параметрами. При этом линия считается однородной, если ее активное сопротивление R (АСЛ), проводимость G или сопротивление изоляции проводов (СИП), а также емкость С и индуктивность L , составляющие реактивное сопротивление линии (РСЛ)» равномерно распределены по всей ее длине. Указанные величины, отнесенные к единице длины линии и называемые первичными параметрами, зависят от конструктивного исполнения линии (воздушная или коаксиальная) и от частоты. Эквивалентная схема длинной линии, т.е. линии, длина которой сравнима или превышает .длину волны несущей информацию величины, может быть представлена в виде цепочечной структуры с бесконечно большим числом звеньев и бесконечно малыми электрическими параметрами. Поскольку длинная линия является симметричным четырехполюсником, правомерна ее замена симметричной схемой замещения-, содержащей Т- или П-образные звеньяL J . При этом эквивалент длинней линии,- с приемлемой для практических целей точностью , может быть построен в виде цепочечной структуры с конечным числом Т-образных звеньев, которое зависит от частоты: чем выше частота, на которую рассчитан эквивалент, тем короче отрезки линии, соответствующие одному звену [ЗО] При этом для построения структуры звена, соответствующей рабочему диапазону частот, целесообразно определение вторичных параметров, линии, выражаемых через частоту и первичные параметры, - коэффициента затухания, коэффициента фазы и волнового сопротивления. На рис.1,1 приведена схема такого звена, где RjL -погонные сопротивления и индуктивность, а До , Со -расчетные величины, определяемые с учетом экспериментально полученных вблизи верхней границы рабочего диапазона частот значений вторичных параметров линии.
class2 МЕТОДЫ ИНВАРИАНТНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ
ДАТЧИКА class2
Пути построения малопроводных ПСРД на основе многоканальной и селективной форм инвариантности..
Можно выделить два больших класса методов построения инвариантных ПСРД с ПП на входе КС, к первому из которых относятся методы г основанные на принципе многоканальности, а ко второму -методы на основе селективной формы инвариантности. При. этом использование каждой из указанных форм: или их совокупности зависит от вида и числа неинформативных параметров, по отношению к которым ведется достижение инвариантности. При этом следует отметить, что инвариантные ПСРД могут быть выполнены как на основе замкнутых структур (ЗС ПСРД), так и на основе разомкнутых (PC ПСРД)Г931
Методы, базирующиеся на реализации двухканальной инвариантности , применительно к ЗС ПСРД можно определить как компенсационные. Для обеспечения выполнения условия (I.I5) количество измерительных каналов можно ограничить двумя, В соответствии с выбранными принципаїж реализации ПСРД, можно осуществлять пространственное, временное и смешанное (пространственно-временное): разделение указанных каналов, но, поскольку круг вопросов., рассматриваемых в, данной работе, ограничивается малопроводными устройствами, единственно возможным, является их временное разделение.
При таком способе разделения измерительных каналов, можно обеспечить их практически полную идентичность и тем самым снизить погрешности, обусловленные1 различием характеристик каналов.
Рассматривая пути достижения инвариантности к медленно изменяющимся параметрам канала связи Хд-С и измерительного преобразователя, находящегося в зоне измерения лнгг , отметим, что пара - 43 -метр Х сявляется функцией активного сопротивления линии связи (АСЛ), ее реактивного сопротивления (РСЛ), включающего емкостную, и индуктивную составляющую, сопротивления изоляции проводов (СИПУ, а также влияния стационарных электрических полей (СЭП), вызванных, например, самопроизвольной поляризацией горных пород.
Используя принцип многоканальности, можно добиться полной, частичной или квазиинвариантности к влиянию АСЛ, СИП и СЭП.
В целом ряде встречающихся в практике дистанционных измерений случаев, некоторые из указанных величин (чаще СИП и СЭП) вносят незначительную погрешность и поэтому, априори, их можно не учитывать или добиваться по отношению к ним квазиинвариантности -инвариантности с точностью до зоны нечувствительности ПСРД.
Компенсационные методы построения инвариантных ПСРД предполагают наличиедвух каналов передачи возмущающего воздействия, причем информация об измеряемом параметре может передаваться как по одному, так и по обоим каналам - в зависимости от типа резистив-ного датчика.
class3 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПОГРЕШНОСТЕЙ ИНВАРИАНТНОСТИ
ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ДАТЧИКА class3
Исследование влияния погрешностей инвариантности параметров КС в ПСРД с ЗС
Как было показано (разделы I и 2 , в ПСРД с ЗС, где используется двухканальная форма инвариантности, возможно исключение из результата преобразования одного неинформативного параметра КС, например, АСЛ.
Рассматривая ЭКС с последовательной структурой, включающий эквивалент АСЛ и СЭП, отметим очевидность влияния на точность преобразования СЭП, определяемого введением последовательно АСЛ источника постоянной ЭДС, поскольку удвоенное напряжение указанного источника образует алгебраическую сумму с напряжением, являющимся функцией разности сопротивлений цепей измерительных каналов или их эквивалентных сопротивлений.
В этой связи целесообразно перейти к рассмотрению ПСРД с ЭКС, включающим АСЛ и СИП, для оценки действия последнего неинформативного параметра на точность преобразования сопротивления датчика при условии обеспечения инвариантности и к АСЛ.
Поскольку точная оценка действия уменьшения СИП сопряжена со сложностями, вызванными, в общем случае, отсутствием информации о координате локализаций утечки в линии связи, воспользуемся его приблизительной оценкой, принимая в качестве эквивалента ЭКС Т-образную схему замещения.
При оценке дополнительной погрешности, вносимой уменьшением. СИЛ, вид системы уравновешивания не имеет принципиального значения, поэтому можно воспользоваться, например, схемой ПСРД, приведенной на рис.3.1, где Rx І RK , RA , Ry - сопротивления резистивного датчика, компенсационного резистора, а также АСЛ и сопротивление утечки, ФКІ и ФК2 - формирователи измерительных каналов, ё - источник переменного напряжения, С - конденсатор, подключенный ко входу усилителя небаланса, нагруженного на реверсивный двигатель М, механически связанный с движком компенсационного резистора RK и регистрирующим устройством РУІІЗ .
В момент компенсации, когда напряжение на конденсаторе С становится близким к нулю, т.е. Z С/ 0, с учетом равенства абсолютных значений постоянных составляющих токов в ФК /ю = = / , из выражений (3.1) и (3.2): можно получить уравнение преобразования сопротивления датчика, в котором учитывается наличие в линии утечки:
class4 ПРИМЕРЫ РЕАЇЇЮАЦИИ МЕТОДОВ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ
ДАТЧИКА В МАЛШРСВОДНЫХ ТЕРМОМЕТРАХ class4
Разработка и экспериментальные исследования термометров на базе ПСРД с ЗС
Компенсационный метод достижения инвариантности преобразования сопротивления датчика предполагает регулирование либо сопротивлений измерительных каыаловз (ПСРД с RVas )» либо эквивалентных сопротивлении или токов, в их цепях (ПСРД С 1уа2. ) .
Первый путь реализации может быть применен для усовершенствования автоматических мостов; и потенциометров,, что дает возможность использования их основных узлов и блоков, при построении ДТ на базе ПСРД с Ryaz » а второй может быть использован в сочетании с логметрическими цепями, применяемыми в серийных ДТ с измерителями отношения.
Способ преобразования сопротивления датчика, обеспечивающий, инвариантность к изменению АСЛ и иллюстрируемый схемой на рис. 2.13 был реализован в ДТ на базе серийного логометра Л-64 с медным термопреобразователем, имеющим номинальное сопротивление 100 Ом, и градуировку Гр.24.
Упрощенная схема ДТ, построенного на базе ПСРД с Iwzz » приведена на рис.4.1. Алгоритмом работы ДТ является автоматическое выравнивание; эквивалентных сопротивлений цепей измерительных каналов, одна из которых формируется диодами V\ , К 5 , а другая -V2. і Vh ЯРИ этом логометром измеряется отношение токов,.пропорциональное сопротивлению термопреобразователя приращения измеряемого отношения и сопротивления термопреобразователя; RK - сопротивление компенсационного резистора.
Указанное уравнение преобразования носит линейный характер и не содержат величины АСЛ.
Хотя в рассматриваемом ДТ обеспечивается компенсация изменений значения рабочего тока измерительной схемы, предусмотрена возможность его регулировки изменением, сопротивления резистора R5 , что необходимо при значительных изменениях. АСЛ, связанных с заменой линии или изменением ее длины, ибо уменьшение тока питания ведет к снижению чувствительности ДТ» а его увеличение -к разогреву термопреобразователя и рамок логометра.
Все элементы измерительной цепи, в том числе и усилитель небаланса модульного типа 70МП8, размещены в корпусе логометра Л-64, а цепи питания - в корпусе входящего в комплект логометра серийного блока питания GB-4M.
Как показали экспериментальные исследования, изменения АСЛ на -500 от номинального, равного 100 Ом (рис.4.2), напряжения питания на ±1С$ (рис.4.3), а также емкостной составляющей РСЛ на 0,5 мкФ приводят к появлению дополнительной погрешности, не превышающей половины основной погрешности логометра, равной 1,5.
