Введение к работе
Актуальность темы. Развитие измерительных систем управления и контроля характеризуется широким использованием датчиков Датчики являются первичным звеном любой информационно-измерительной системы и полностью определяют ее метрологические характеристики Значительные проблемы возникают при проектировании систем управления и контроля, в которые входит большое количество датчиков различных параметров Большое разнообразие входных измеряемых параметров ставит задачу создания типовых унифицированных рядов датчиков, которые целесообразно использовать для удовлетворения тех или иных потребностей при сборе первичной измерительной информации
Среди многообразия различных типов датчиков механических величин особое место занимают электромагнитные датчики, в которых используются законы электромагнитного взаимодействия обмоток или проводников.
Основным показателем качества датчиков является стабильность характеристик Наиболее стабильные характеристики имеют датчики, у которых носителем информации об измеряемой величине является фаза выходного напряжения или тока, в частности электромагнитные фазовращатели, которые используются в качестве датчиков информации
К сожалению, современные фазовращатели не могут использоваться для измерения параметров линейных перемещений, что ограничивает область применения электромагнитной системы, носителем информации которой является фаза выходного напряжения
Разработка электромагнитной системы, позволяющей создать датчики с фазовым признаком выходного сигнала для измерения параметров как угловых, так и линейных перемещений, является актуальной, так как позволяет, с одной стороны, расширить область применения фазовых датчиков, с другой, унифицировать аппаратуру обработки информации и повысить надежность измерительных систем
Цель диссертационной работы заключается в разработке теории анализа и синтеза измерительных систем на основе фазовых датчиков механических величин с электромагнитной системой образующей плоскопараллельное бегущее магнитное поле.
Задачи исследования:
-
Разработка теоретических основ анализа электромагнитных систем с бегущим магнитным полем
-
Выбор, разработка и обоснование методов анализа систематической погрешности систем измерения параметров угловых и линейных перемещений.
-
Анализ систематических погрешностей измерительных систем
-
Определение степени влияния различных факторов на результирующую погрешность измерительной системы
-
Выбор модели погрешности измерительных систем, позволяющей провести полный анализ метрологических характеристик.
-
Обоснование способов определения электрических параметров систем измерения механических величин
-
Разработка метода проектирования измерительных систем с заданными метрологическими свойствами
8. Разработка способов получения передаточных функций измерительных систем с фазовыми датчиками механических величин.
Объект исследования: измерительные системы механических величин с фазовыми датчиками линейных и угловых перемещений
Основные методы научных исследований Методологическую основу работы составила классическая теория электромагнитных устройств на основе введенных удельных первичных параметров, идеализации процессов в электромагнитной системе, с одной стороны, и дискретизация характеристик магнитопровода, с другой
8 процессе исследований использованы методы математического
анализа, организации натурных и компьютерных испытаний имита
ционной модели с последующей обработкой результатов экспери
ментов, методы численного анализа Синтез измерительных систем с
фазовыми датчиками и определение требований к конструктивным
параметрам датчиков выполнены с помощью разработаного спек
трального метода анализа систематических погрешностей факторов
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций диссертации подтверждена результатами исследования измерительных систем, разработанных в рамках выполнения договорных и госбюджетных работ.
Научная новизна результатов, полученных в диссертационной работе, заключается в следующем
-
Впервые разработан спектральный метод анализа погрешности измерительной системы, позволяющий учитывать взаимное влияние факторов
-
Предложен алгоритм синтеза измерительной системы с заданными метрологическими характеристиками
-
Разработан принцип построения новой базовой электромагнитной системы с бегущим магнитным полем, позволившей создать ряд датчиков параметров линейных и угловых перемещений.
-
Впервые разработана методика анализа процессов в электромагнитной системе на основе использования удельных параметров распределенного магнитопровода
-
Получены аналитические зависимости фазовой ошибки от перемещения при учете влияния большинства конструктивных факторов
-
Разработаны принципы построения имитационной модели измерительной системы на основе датчиков с плоскопараллельным бегущим магнитным полем
-
Выработаны рекомендации для проектирования систем измерения механических величин
-
Определены пути получения передаточных функций измерительных систем с фазовыми датчиками, работающими в различных режимах
Практическая ценность работы заключается в развитии теории бегущего магнитного поля электромагнитных систем, расширении области применения фазовращателей на линейные перемещения, в использовании спектрального метода анализа систематических погрешностей при проектировании измерительных систем
1. Разработана электромагнитная система, позволяющая использовать фазовый признак выходного сигнала для измерения параметров линейных и угловых перемещений на базе универсальной технологии обработки информации, расширить область применения фазового признака выходного сигнала и повысить надежность измерительных систем
2 Предложен принцип построения датчиков различного назначения для измерения параметров угловых и линейных перемещений
3 Разработаны различные способы реализации электромагнитной системы, повышающие технологичность изготовления электромагнитных конструкций
4. Определены пути получения передаточных функций и схем замещения датчиков с бегущим магнитным полем для анализа свойств систем автоматического управления и регулирования
-
Разработана методика определения статических и динамических свойств датчиков
-
Разработана базовая имитационная модель измерительной системы с бегущим магнитным полем, позволяющая проводить полный анализ электрических и метрологических свойств измерительной системы
-
Предложен алгоритм проектирования измерительных систем из условия получения системы с заданной погрешностью измерений.
-
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с планом госбюджетных научно-исследовательских работ «Рзработка датчико-вой аппаратуры»
-
Теоретические и практические результаты диссертационной работы использованы при выполнении НИР «Разработка критериев оценки качества средств восприятия информации» в рамках сотруд-ничесва с КБ «САЛЮТ», г Москва, НИОКР «Система измерения механических величин» в рамках сотрудничества с ПО «Электромеханика», г Пенза, НИОКР «Разработка датчиковой аппаратуры» в рамках сотрудничества с в ч № 2531 г. Железнодорожный Московской области
На защиту выносятся:
-
Спектральный метод анализа систематической погрешности измерительной системы, позволяющий получить систематическую погрешность с учетом взаимного влияния факторов.
-
Принципы построения электромагнитной системы с бегущим магнитным полем
-
Теория электромагнитной системы с плососкопараллельным бегущим магнитным полем
-
Методика использования результатов анализа систематической погрешности для синтеза измерительных систем
-
Совокупность математических моделей, позволяющих определить влияние большинства конструктивных факторов на погрешность измерительной системы
-
Методологию определения статических и динамических характеристик измерительных систем механических величин
-
Алгоритм проектирования измерительных систем механических величин с заданными метрологическими характеристиками
Апробация работы. Основные положения диссертации, результаты проведенных исследований, опыт практического применения разработок докладывались и обсуждались на международных, всероссийских, всесоюзных, региональных и отраслевых научно-технических симпозиумах, конференциях и семинарах Международный симпозиум «Надежность и качество», Пенза, 2007 г , Международная научно-техническая конференция «Проблемы автоматизации и управления в технических системах», Пенза, 2007 г ; Международный симпозиум «Надежность и качество», Пенза, 2006 г, Международный юбилейный симпозиум «Актуальные проблемы науки и образования», Пенза, 2003 г, Международный симпозиум «Надежность и качество», Пенза, 2005 г, Международная научно-техническая конференция «Методы, средства и технологии получения и обработки измерительной информации» («Измерения-2006»), Пенза, 2006 г ; Международная научно-техническая конференция «Методы, средства и технологии получения и обработки измерительной информации» («Измерения-2004»), Пенза, 2004 г, научно-техническая конференция «Автоматизация производства», Тула, 1994 г, научно-техническая конференция «Измерения и контроль при автоматизации», Барнаул, 1991 г, научно-техническая конференция «Методы и средства измерения», Пенза, 1992 г, научно-техническая конференция «Проблемы применения микропроцессорных контроллеров», Минск, 1991 г , научно-техническая конференция «Методы и средства измерения механических параметров», Пенза, 1990 г, научно-техническая конференция «Информатика и системы управления», Москва, 1989 г, научно-техническая конференция «Методы и средства измерения», Пенза, 1989 г, научно-техническая конференция «Теория и практика производственных процессов», Уфа, 1989 г; научно-техническая конференция «Датчики в системах контроля и управления», Ижевск, 1988 г; научно-технический семинар
«Повышение уровня технической оснащенности ГАП», Севастополь, 1986 г ; научно-техническая конференция «Методы и средства измерения», Пенза, 1982 г
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 53 научных труда, в том числе монография, учебное пособие, получено 4 авторских свидетельства на изобретения, 2 патента. Отдельные результаты отражены в четырех отчетах по НИР. Основные положения диссертации полностью представлены в опубликованных работах
Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы и приложений Она содержит 450 страниц основного текста, 120 иллюстраций, список литературы из 120 наименований, приложения
