Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ факторов влияющих на функцию преобразования контрольно-измерительных приборов давления .
1.1. Первичный измерительный преобразователь давления: конструкция и технология производства - факторы, влияющие на статические характеристики первичного измерительного преобразователя. 10
1.2. Анализ методов синтеза функций преобразования измерительных приборов давления 17
1.3. Анализ технического обеспечения определения градуировочных характеристик контрольно-измерительных приборов давления. 25
Выводы. 35
Глава 2. Метод синтеза регрессионных функций преобразования измерительных приборов давления с наименьшим показателем сложности .
2.1. Синтез математической модели первичного измерительного преобразователя давления на основе экспериментальных статических характеристик. 37
2.2. Синтез алгоритма формирования тезауруса функций преобразования измерительного прибора давления с применением методов интерполяции и регрессионного анализа 42
2.3. Показатель сложности функции преобразования, систематизация функций преобразования по показателю сложности 45
2.4. Постановка и решение задачи определения наилучшей функции преобразования измерительного прибора по заданному пределу приведенной погрешности 47
2.5. Синтез структурно-функциональной схемы промежуточного измерительного преобразователя прибора 53
2.6. Статистическая обработка данных первичного измерительного преобразователя давления и первичного измерительного преобразователя температуры при определении градуировочной характеристики и функции преобразования измерительного прибора давления 62
Выводы. 67
Глава 3. Алгоритмическое и программно-техническое обеспечение синтеза наилучших функций преобразования измерительных приборов давления по заданному пределу приведенной погрешности
3.1. Разработка алгоритмического и программно-технического обеспечения промежуточного измерительного преобразователя прибора 68
3.2. Разработка программного обеспечения системы одновременной градуировки партии измерительных приборов и определения наилучшей функции преобразования каждого прибора 75
Выводы 95
Глава 4. Обеспечение функционального контроля промежуточных измерительных преобразователей. Стендовые испытания приборов с приделом приведенной погрешности измерения 0.1%
4.1. Функциональный контроль промежуточного измерительного преобразователя прибора 97
4.2. Средства установки заданных параметров градуировки и проведения стендовых испытаний 102
4.3. Результаты стендовых испытаний приборов с наилучшей функцией преобразования 103
4.4. Нерешенные проблемы и дальнейшее развитие методов и идей 106
Выводы 108
Заключение 109
Список литературы 111
Приложение А 119
- Анализ методов синтеза функций преобразования измерительных приборов давления
- Постановка и решение задачи определения наилучшей функции преобразования измерительного прибора по заданному пределу приведенной погрешности
- Разработка программного обеспечения системы одновременной градуировки партии измерительных приборов и определения наилучшей функции преобразования каждого прибора
- Результаты стендовых испытаний приборов с наилучшей функцией преобразования
Введение к работе
Методы разработки прецизионных приборов контроля и измерения давления с пределом приведенной погрешности менее ±0.1% являются предметом пристального изучения производителей контрольно-измерительных приборов. Спрос на подобные приборы растет с каждым годом, в связи с развитием промышленного производства и расширением сферы услуг в нашей стране. В полной мере это относится к исследовательской и практической деятельности, основанной на использовании приборов измерения давления для учета газообразных и жидких энергоносителей, измерения глубины погружения технических и биологических объектов [87], проведения водолазных работ, контроля расхода газовоздушных смесей при работе аппаратов искусственной вентиляции легких и т.п.. Диапазон измеряемых давлений составляет от единиц кПа до десятков МПа.
С развитием полупроводниковой электроники в области промышленного производства приборов измерения значительную часть занимают тензорезистивные диффузионные первичные измерительные преобразователи (ПИП) давления. Это обусловлено развитой технологией производства чувствительных элементов ПИП - кремниевых кристаллов с внедренными в них (методами ионной имплантации) кремниевыми тензорезисторами, соединенными в мостовую схему тончайшими алюминиевыми проводниками. Такие ПИП способны удовлетворительно преобразовывать измеряемый параметр в температурном диапазоне от -60С до +125С, характеризуются высокой чувствительностью, имеют малый гистерезис, доступны широкому кругу потребителей в связи с относительно низкой стоимостью. Но в процессе промышленного производства статические характеристики, определяющие нелинейность по давлению и температурный дрейф, каждого ПИП становятся уникальными.
Существующие методы разработки контрольно-измерительных приборов давления (КИПД) базируются на трех принципах обработки
измерительного сигнала ПИП: аналоговая обработка, цифровая обработка и смешанная аналого-цифровая обработка. Работы Мирского Г.Я.(1984), Гутникова В.С.(1990), Харта Х.(1999), Классена К.Б.(2002), Дж. Фрайдена (2005), показывают, что в настоящий момент в данной области науки и техники преобладают алгоритмы смешанной (аналоговая - первичная, цифровая - вторичная) обработки выходного сигнала.
С развитием серийного производства средств обработки измерительной информации (микропроцессоров), позволившего отечественным исследователям предложить схемотехнические решения и алгоритмические методы обработки данных для линеаризации функции преобразования (ФП) измерительного прибора (СЮ. Иванов, В.К. Суходолец, СП. Качалов, Т.Е. Карталова, 1990), проблема была частично решена. Однако, отсутствие элементов преобразования аналогового сигнала в цифровой с высокой степенью верности, неопределенная методика определения ФП прибора, неопределенная методика получения градуировочной характеристики прибора, не позволили наладить выпуск КИПД с приведенной погрешностью не более ±0.1% в условиях промышленного производства.
Таким образом, решение проблемы синтеза функций преобразования КИПД с заданным пределом приведенной погрешности измерения является актуальной задачей по повышению качества КИПД в условиях одновременной градуировки партии КИПД.
Цель диссертационной работы: обеспечение заданной приведенной погрешности контрольно-измерительных приборов давления на основе тензорезистивных диффузионных ПИП с различными параметрами нелинейности и температурной чувствительности, в условиях промышленного производства.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
провести анализ существующего алгоритмического и программно-технического обеспечения процессов обработки информативных и неинформативных измерительных сигналов в КИПД
разработать математическую модель тензорезистивного
диффузионного ПИП давления
разработать методику синтеза систематизированного набора функций преобразования для каждого КИПД по его уникальной градуировочной характеристике
разработать методику определения наименее сложной функции преобразования для каждого КИПД.
разработать ИП позволяющий обрабатывать измерительный сигнал ПИП по наименее сложной функции преобразования для обеспечения заданной приведенной погрешности измерения
разработать алгоритмическое и программно-техническое обеспечение получения градуировочных характеристик партии КИПД.
Теоретические методы решения поставленных задач основаны на применении методик системотехники (А.Д.Холл, 1975), теории точности (В.Я. Розенберг, 1975), теории измерений (Я. Пиотровский, 1989) и регрессионного анализа (Н.Н. Калиткин, 1978), (Н.С. Бахвалов и др. 1987) . Экспериментальные методы исследования заключались в разработке рабочих макетов приборов, с проведением испытаний на точность и надежность в рабочем диапазоне температур и давлений при наличии внешних воздействующих факторов: статического давления, атмосферного давления, тепловых ударов.
Первая глава посвящена анализу современного состояния проблемы, здесь рассматривается конструкция и технология сборки первичного тензорезистивного диффузионного измерительного преобразователя давления. Показано, что уникальность статических характеристик (имеющих сильную температурную зависимость) каждого ПИП давления, является следствием не только процесса производства чувствительных элементов, но
и технологии сборки ПИП давления. Дается обзор методов обработки измерительных сигналов. Значительное место уделено рассмотрению элементов существующих КИПД, позволяющих учесть особенности аналого-цифровой обработки измерительных сигналов КИПД. Показано что, регрессионная ФП КИПД не может однозначно определятся коэффициентами.
Во второй главе ставится задача поиска наилучшей ФП КИПД, разрабатывается математическая модель ПИП давления в общем виде. На основе статических характеристик ПИП математическая модель трансформируется в регрессионную математическую модель, которая является основой для алгоритма формирования тезауруса регрессионных функций преобразования КИПД. Сформированные ФП систематизируются по разработанному показателю сложности ФП. Показатель сложности организован на весовой конкатенации степеней аппроксимирующих полиномов, образующих регрессионную ФП КИПД. Производится сортировка ФП в тезаурусе по возрастанию сложности. На основе заданного предела приведенной погрешности производится поиск такой ФП, которая обеспечивает расчет значения давления, с использованием значений напряжений ПИП из градуировочной характеристики, с приведенной погрешностью равной или меньше заданного предела.
Разрабатывается структурная и функциональная схемы измерительного преобразователя КИПД, предназначенного для выполнения функций сбора данных при определении градуировочной характеристики КИПД в режиме градуировки, а также для обработки измерительных сигналов ПИП по ФП в режиме измерения и контроля давления.
В третьей главе разрабатывается алгоритмическое и программно-техническое обеспечения для определения градуировочных характеристик КИПД, а также для решения задачи синтеза наилучшей ФП по методике, разработанным во второй главе.
Четвертая глава посвящена методам функционального контроля ИП, результатам стендовых испытаний КИПД, построенных с использованием теоретических положений, разработанных во второй главе и алгоритмического и программно-технического обеспечений, разработанных в третьей главе. Приведены характеристики оборудования, которое обеспечивает процесс получения градуировочных характеристик КИПД. Рассматривается блок-схема алгоритма программы функционального контроля ИП КИПД.
В заключении работы приведена общая характеристика работы и основные выводы по результатам диссертации.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Показатель сложности регрессионной функции преобразования КИПД,
основанный на конкатенации степеней аппроксимирующих полиномов.
2. Систематизация регрессионных функций преобразования КИПД по
показателю сложности.
Постановка и решение задачи определения регрессионной функции преобразования с наименьшей сложностью (из систематизированного набора) по заданному пределу приведенной погрешности, при выполнении условий приближения ФП к линейной идеализированной функции в среднеквадратическом.
Алгоритмическое и программно-техническое обеспечение процесса обработки измерительных сигналов ПИП информативных и неинформативных внешних воздействующих факторов в процессе определения градуировочных характеристик множества КИПД, с целью синтеза индивидуальной наименее сложной регрессионной функций преобразования для каждого КИПД.
Анализ методов синтеза функций преобразования измерительных приборов давления
Известно, что любой КИП должен обладать мерой измеряемой физической величины. Определение градуировочной характеристики КИП или процедура градуировки [РГМ 29-99] это придание показаниям КИП меры измеряемой величины при точно установленных внешних воздействующих факторах. Эта мера передается с определенной точностью, что выражается в свойствах градуируемого КИП посредством ППИ. Синтез ФП КИП производится по градуировочной характеристике. ФП является обратной функцией к математической модели ПИП, используемого в приборе.
Способ градуировки зависит от определения функции преобразования КИПД. Определить функцию преобразования КИП можно тремя способами -алгоритмическим, конструктивным и комбинированным. Алгоритмический способ предполагает определение вида функции математической модели первичного измерительного преобразователя прибора, по ней определяется функция преобразования, которую необходимо зафиксировать в виде таблицы с помощью системы сбора данных. Конструктивный способ предполагает известность функции математической модели ПИП с точностью до коэффициентов, ФП фиксируется любым способом перед градуировкой. В процессе градуировки конструктивные параметры корректируются так, чтобы в итоге фактическая модель соответствовала заранее принятой модели. Так как независимым образом можно изменить два (три) параметра, этот способ используется практически в приборах с ФП линейного вида. Комбинированный способ сочетает в себе алгоритмический и конструктивный. В силу вынужденных ограничений (длина шкалы, стандартное значение выходного сигнала) две точки - начальную и конечную устанавливают из конструктивных соображений. Остальная часть шкалы фиксируются алгоритмическим способом.
Градуировку можно производить непосредственным либо косвенным способами. Выбор способа определяет необходимые средства, технику и процедуру градуировки. Косвенную градуировку производят для приборов, математическая модель, которых относительно проста и выражается с помощью параметров, легко измеряемых с большой точностью. При непосредственной градуировке в прибор вводится эталонная величина того же самого рода, что и измеряемая величина и на основании показаний определяется функция преобразования прибора.
Стоить отметить, что для определения градуировочной характеристики КИП и статических характеристик ПИП используются одно табличное представление. Следовательно, между градуировочной характеристикой и статическими характеристиками существует обратная зависимость, подобная обратной зависимости между функцией преобразования КИП и математической моделью ПИП. 1.2.3. Численные методы синтеза математической модели ПИП давления.
Каждый ПИП давления обладает уникальными характеристиками, которые он приобретает в ходе изготовления самого кристалла ЧЭ и в ходе технологического процесса сборки ПИП. При регистрации статических характеристик ПИП (определении градуировочной характеристики КИПД) образуется набор данных, представляющих собой табличную функцию математической модели ПИП.
Для определения формального вида математической модели, отражающего свойства статических характеристик ПИП, можно воспользоваться методами интерполяции и регрессионного анализа [18,19.].
Существует два основных метода интерполяции проводимой по статическим характеристикам ПИП: интерполяция точная в узлах (лангражева аппроксимация) и интерполяция приближенная в узлах -аппроксимация.
Интерполяция точная в узлах - это такая интерполяция, при которой значения функции интерполяции совпадают с ее действительными значениями во всех узловых точках. Узловые точки интерполяции совпадают с точками съема статических характеристик ПИП. Интерполяция, приближенная в узлах или аппроксимация позволяет получить с помощью различных численных методов аналитическое выражение между аргументом и функцией, если существует табулированное представление такой зависимости.
Выражение (1.6) можно преобразовать в систему линейных уравнений относительно неизвестных коэффициентов ai:
Такая система линейных уравнений называется системой линейных уравнений Гаусса. Известно, что система имеет единственное решение, если базисные функции линейно независимы. Определитель системы (1.7) не равен нулю, а система функций, образующих базис называется Чебышевская система функций. Это решение также наиболее точно описывает ФП (1.6), минимизируя функцию квадратичной ошибки. При всех достоинствах такого подхода необходимо заметить, что выражение (1.6) представляет собой интерполирующий полином. Такие полиномы, как правило, подходят для описания сложных аналитических функций, область значений которых исключает вероятностный механизм получения значения такой функции при детерминированном аргументе. Более целесообразным представляется способ интерполяции приближенной в узлах или аппроксимации. При этом количество точек области определения может быть любым и задаваться исходя из ширины диапазона измеряемого давления и вероятности допущения ошибки при задаче эталонного давления, т.е. чем больше точек, тем точнее аппроксимация, но тем больше вероятность допущения ошибки при задаче эталонного давления. Интерполяция, приближенная в узлах (аппроксимация или регрессия) позволяет приблизить функцию не по точкам, а в среднем, т.е. по норме LN.
Коэффициенты а в выражении (1.7) вычисляются посредством минимизации различных норм расстояний между реальной функцией и регрессионной моделью. Обычно на практике используется минимизация следующих величин
В случае, когда вещественная функция задана таблично, т.е. на конечном множестве точек задаваемых и получаемых в результате экспериментального съема регрессию проводят посредством минимизации среднеквадратической ошибки (1.10). При этом количество точек превосходит порядок аппроксимации. Метод вычисления коэффициентов (1.7) путем минимизации СКО известен под названием метод наименьших квадратов. МНК имеет то свойство, что вычисленные оценки коэффициентов модели не смещены (не отягощены систематической погрешностью) и наиболее эффективны [15]. Если порядок аппроксимации будет равен количеству узлов, то среднеквадратичная аппроксимации совпадет с лангранжевой интерполяцией. Хорошее сглаживание ошибок эксперимента будет обеспечено, если порядок аппроксимации значительно меньше количества узлов.
Постановка и решение задачи определения наилучшей функции преобразования измерительного прибора по заданному пределу приведенной погрешности
Структурная схема промежуточного ИП КИПД (рис.2.8) состоит из двух основных блоков: блок предварительной аналоговой обработки информации и оцифровки сигналов ПИП давления и температурьі(І), блок управления, вторичной цифровой обработки измерительных сигналов по наилучшей ФП и логического кодирования(2).
Блок 1 включает такие элементы как мультиплексор измерительных сигналов CHMUX, мультиплексор опорных сигналов REFMUX, усилитель с программируемым коэффициентом усиления PGA, дельта-сигма АЦП T.AADC. ПИП давления возбуждается источником постоянного напряжения, ПИП температуры возбуждается источником постоянного тока. Измерительные сигналы (в виде дифференциального напряжения) ПИП давления и ПИП температуры поступают на мультиплексор аналоговых сигналов CHMUX . Усилитель с программируемым коэффициентом усиления VGA служит для согласования динамического диапазона измерительных сигналов с входным динамическим диапазоном АЦП ЕА ADC. Такое согласование повышает количество эффективно преобразуемых бит, т.к. при усилении слабого сигнала увеличивается соотношение сигнал/шум. Для выполнения логометрического аналого-цифрового преобразования измерительных сигналов, коммутируются также опорные напряжения для сигналов ПИП давления и ПИП температуры. Опорные напряжения коммутируются мультиплексором аналоговых сигналов REFMUX. Управление устройствами блока 1 осуществляется посредством шины данных/управления командами, поступающими от блока 2.
Блок 2 предназначен для обработки цифровых измерительных сигналов ПИП давления и температуры по наилучшей ФП. Основным элементом блока служит микроконтроллер, работающий по предварительно заданному алгоритмическому обеспечению. Алгоритмическое обеспечение включает: функции управления блоком 1, вычисление значения измеренного давления с использованием коэффициентов наилучшей ФП для данного КИПД, считывание заданного адреса для возможности выполнения транзакций через цифровой интерфейс, логическое кодирование значения давления для его отправки через цифровой интерфейс, формирование заданного сигнала на выходе аналогового интерфейса в соответствии с измеренным значением давления.
Модуль гальванической развязки изолирует цепи протекания токов ИП от внешних цепей линий связи интерфейса, по которым данные передаются в ЭВМ системы градуировки. Этот метод позволяет исключить влияние шумов, наводимых на внешних цепях интерфейса и источника питания, на сигнальные цепи ИП.
Интерфейс ИП содержит два модуля: аналоговый и цифровой. Класс точности КИПД с цифровым интерфейсом выше, чем класс точности КИПД с аналоговым интерфейсом. Однако, это различие заметно только для приборов, предел приведенной погрешности измерения, которых составляет не более ±0.1%. Для КИПД предел ППИ которых отличается в большую сторону разница в показаниях приборов с цифровым и аналоговым интерфейсом незаметна, особенно в нормальных климатических условиях (НКУ). Что касается степени готовности российских предприятий использовать КИПД с цифровым интерфейсом для различных АСУ, то она не большая. В настоящее время на большинстве предприятий РФ применяются КИПД с аналоговым интерфейсом для съема измеренного сигнала, но наблюдается тенденция к переходу на КИПД цифровым интерфейсом и развертыванием информационно-измерительных сетей типа FIELDBUS или MODBUS.
В процессе разработки технического обеспечения экспериментального образца промежуточного ИП прибороа было реализовано два типа проводного интерфейса цифровой и аналоговый.
Цифровой интерфейс используется как для передачи данных о значении измеренного давления, так и для сбора данных при определении градуировочной характеристики КИПД.
Аналоговый интерфейс выполнен в виде «токовой петли», информация о давлении, по которой передается в виде значения постоянного тока от 4 до 20 мА.
Современный уровень развития различных отраслей промышленности достиг уровня, когда КИПД должен иметь цифровой интерфейс. Преимущества цифрового интерфейса перед аналоговым существенны в аспекте получения результата измерения повышенной точности, получения дополнительной информации, например о температуре окружающей среды, выполнение различных сервисных функций, например градуировка нуля и перестройка диапазона измерений. Однако случаются ситуации, когда необходимо сделать оценку величины давления, не прибегая к использованию цифрового интерфейса и систем опроса КИПД с дешифрацией протоколов различных уровней. В этом случае можно измерить уровень тока в токовой петле и сделать оценку величины давления. Учитывая, имеющийся научный задел автором совместно с научным руководителем в данной работе была разработана схема интерфейса, который включает в себя токовую петлю 4-20 мА, и цифровой интерфейс с двумя уровнями OSI - физическим и канальным. За основу физического уровня взят интерфейс RS-485, канальный уровень реализован на основе предложенного заказчиком протоколе. Двойной интерфейс позволяет беспрепятственно осуществить переход от аналогового способа оценки измеренной величины к цифровому. Это важно при постепенной замене оборудования автоматики на различного рода объектах промышленности.
Функционирование промежуточного ИП прибора можно описать с помощью DFD методики моделирования процессов [41,42]. Такой метод описания взаимодействия блоков промежуточного ИП позволяет относительно легко проследить потоки движения данных при выполнении обработки измерительных сигналов ПИП и другой информации. На рис 2.9. изображена контекстная DFD - диаграмма работы промежуточного ИП. На контекстной диаграмме приведены потоки данных и внешние сущности. Внешние сущности, действующие на входе ИП это измеряемый параметр - давление и один из ВВФ - температура. Внешние сущности, взаимодействующие с ИП - это внешние системы: система градуировки и большая система. Под большой системой понимается система, которая получает и определенным образом использует данные об измеренном давлении. Взаимодействие осуществляется посредством контрольных потоков данных - запросов принимаемых и обрабатываемых ИП. Работа внешних систем разделена во времени. В один из моментов времени с ИП работает система градуировки. Цель ее работы - придать ИП КИПД меру давления посредством установки наилучшей ФП. Система градуировки вырабатывает несколько видов управляющих запросов: запрос данных для текущего просмотра, запрос данных для регрессионной матрицы, запрос с установками параметров работы элементов (PGA, T.&ADC...) ИП КИПД.
В следующий момент времени работает большая система. Большая система вырабатывает только один вид контрольного запроса - запрос данных измеренного давления.
Разработка программного обеспечения системы одновременной градуировки партии измерительных приборов и определения наилучшей функции преобразования каждого прибора
В целях уменьшения сложности представления взаимодействия объектов на диаграмме потоками данных охвачен только один объект класса CSAOPT ( С Ship Absolute or OverPressure Transducer). Для данного типа базиса существует следующие основные субкластеры: матрицы градуировки, просмотр аппроксимированных значений давления, просмотр значений ПИП давления, просмотр значений ПИП температуры, просмотр наклона, сведения об устройстве.
В течении градуировки оператор отдает системе команды такие как опросить сеть, установить строку конфигурации, установить системный ноль и т.д.. Важно обеспечить оператора информацией об исполнении той или иной команды. Для этих целей служит строка статуса программы.
Цифрами на рисунке обозначены области, куда выводится информация о результате выполнения команд пользователя. В область 1 водится информация по действию элементов меню и общее состояние программы; в 2 выводится информация о текущем интерфейсе обмена данными; в 3 выводится информация о текущем адресе, запрашиваемом программой; в 4 отображается состояние линии связи в сети; в 5 выводится статус исполнения команды оператора.
Следующий шаг оператора - это настройка режима работы устройства и установка параметров градуировки. Для этого служит представление «Сведения об устройстве» Представление «Сведения об устройстве». Представление «Сведения об устройстве» имеет модульный принцип организации. Элементы управления, относящиеся к тому или иному блоку, ограничены рамкой с названием блока. Блок PDS_Турепозволяет установить тип преобразуемого давления, в соответствии с ПП давления ИС. От типа преобразуемого давления зависит метод расчета коэффициентов функции преобразования КИПД. В блоке Mode устанавливается режим работы базиса КИПД: режим отладки - Debug, рабочий режим Work с выбором цифрового (/й 485) и/или аналогового (4-20mA) интерфейса, включение/выключение резистора подстройки уровня нуля для КИПД типа PDA_MV элементом ZR, включение/выключение корректировки выходного сигнала ПИП давления в зависимости от угла наклона элементом АСЕ. В блоке UP Range устанавливается входной динамический диапазон ИП КИПД для выходного сигнала ПИП давления. В блоке PressUnit устанавливается единицы измерения образцового давления. Для установки количества точек градуировки по давлению и температуре используется блок Grad _ Matrix _ Params, где количество узловых точек по давлению задается в элементе редактирования NumJP Points, а количество узловых точек по температуре задается элементов редактирования Num_T_Points. Для ввода данных о количестве узловых точек градуировки используется кнопка ChangeMatrixParams. В блоке Coeffs оператор задает предел приведенной погрешности измерения - Error Threshold, который должен иметь КИПД после градуировки, показатель сложности ФП для заданного предела приведенной погрешности отображается в области ModelType. Для расчета коэффициентов функции преобразования КИПД оператор нажимает кнопку GetCoeffs, только после этого происходит обновление параметра сложности модели ModelType. Для записи коэффициентов в энергонезависимую память ИП КИПД используется кнопка SetCoeffs. В блоке Current_Loop_Calib объединены элементы, позволяющие выполнять калибровку модуля аналогового интерфейса с выходным током от 4 или 20 мА. При выполнении двойного щелчка мышью по элементу ввода/редактирования Ujnin или Ujnax считывается значение соответствующее минимальному или максимальному идеальному коду, который должен обеспечивать идеальный ток 4 или 20 мА. На практике это не всегда выполняется, поэтому по полученным реальным значениям рассчитывается такие реальные коды, которые обеспечивает идеальные токи 4 или 20 мА [36].
Блок SysCalibration объединяет элементы управления для выполнения системных калибровок нуля, полной шкалы, а также сброса этих параметров. Кнопка SetMode позволяет оператору установить выбранный режим работы КИПД -Mode, и входной диапазон ИП КИПД - Up_Range. Кнопка GeiMode позволяет получить эти параметры из энергонезависимой памяти КИПД.
Основная часть работы оператора СМГ состоит в заполнении матрицы градуировки значениями выходного напряжения ПИП давления и температуры при подаче на ПИП образцовых значений давления при воздействии заданной температуры. Для КИПД с малым диапазоном измеряемых давлений необходимо провести коррекцию показаний выходного сигнала в зависимости от угла наклона ПИП давления. Поэтому представление «Матрица Градировки» состоит из двух страниц. Страница Pressure_MX содержит данные градуировки ПИП давления при воздействии температуры и давления, страница Angle Calib содержит данные градуировки Представление матрица градуировки появляется на мониторе ЭВМ при двойном щелчке мышью по кластеру «Матрица_градуировки»
Матрица страницы Pressure_MX состоит из элементов ввода/редактирования значений задаваемого давления (Р1-Р6), значений задаваемой температуры (Т1-Т5), значений напряжения ПП температуры (Utemp), значений текущего атмосферного давления (PAtm) и значений выходного напряжения ПП давления. В силу существования эффекта гистерезиса ПИП давления, применяется определенная методика измерения данных. Регистрацию данных начинают на нулевом давлении, и, постепенно увеличивая давление, от точки к точке, снимают данные о величине выходного напряжения в ряд, обозначенный на рис.3.12. Forward. Затем происходит постепенное уменьшение давления от точки к точке, а данные снимают в ряд Backward. Таким образом, осуществляется прямой и обратный ход по давлению. Данные заносятся в матрицы посредством двойного щелчка левой кнопкой мыши по выбранному элементу редактирования либо с клавиатуры. Кроме этого данные сохраняются в специально-организованном файле - структурированном хранилище. В целях избежания случайного нажатия по ячейке с измеренным результатом, такая ячейка блокируется, становясь при этом затемненной. Если требуется переснять результат или ввести его с клавиатуры, то путем нажатия правой кнопкой мыши по элементу он деблокируется, и оператор может вводить новое значение. Как только окно закрывается, все данные сохраняются в файл. Стоит отметить, что коэффициенты ФП можно получить, обработав незаполненную матрицу. Для этого нужно иметь хотя бы одну строку (с определенной температурой) со значениями напряжения прямого и обратного ходов по давлению.
Результаты стендовых испытаний приборов с наилучшей функцией преобразования
При разработке программы системы множественной градуировки периодически производилось тестирование программы на предмет выявления сбойных ситуаций и удобства работы оператора градуировки. В тестировании программы принимали участие сотрудники сектора функционального контроля ЗАО «Тимос». Благодаря их ценным указаниям программа обрела законченную форму. Рабочие потоки используются для выполнения асинхронного обмена данными с КИПД. Чтобы избежать бесполезной нагрузки (работы, связанной в основном с ожиданием) процессора ЭВМ при обмене данными, процедуры обмена выполняются в виде рабочих потоков ОС Win2k. Для инициализации различных интерфейсов и выполнения обмена данными в рабочем потоке создается объект класса CCommunicate. В этом классе реализованы методы канального уровня протокола обмена данными. Для индикации готовности принятых данных к обработке и отображению используются объекты класса синхронизации CEvent. Индикация успешности приема данных отображается в строке статуса на позиции 4 {LineStatus). Используется 4 индикатора: Timeout - если запрашиваемый базис не отвечает, Online - если базис отвечает, но не передает данные, Dataln- если датчик отвечает и передает данные о градуировке, Offline - если опрос сети прекращен. Если данные принимаются успешно (Dataln), то отправляется сообщение окнам графическим представлениям о необходимости обновления данных градуировки. Любой рабочий поток можно остановить нажатием кнопки Стоп. В этом случае поток завершается, объект класса CCommunicate уничтожается. 3.2.5. Использование MATLAB
Алгоритмы, реализующие процедуры вычисления параметров функции преобразования ИС давления выполнены в среде Matlab. Для использования этих процедур в программе СМГ используется механизм определяемой спецификацией технологии COM (Component Object Model - модель многокомпонентных объектов). Спецификация СОМ описывает методологию реализации компонентов ПО - объектов, имеющих возможность повторного применения, которые могут быть многократно подключены к различным приложениям. Функциональность в технологии СОМ достигается путем поддержки одного или нескольких интерфейсов, которые используется различными приложениями для доступа к внутренним свойствам и методам компонентам.
В третьей главе рассмотрены практические вопросы разработки программного обеспечения для системы одновременной градуировки партии КИПД, а также алгоритмического и программно-технического обеспечения измерительного преобразователя КИПД. Получены следующие результаты: 1. Разработано алгоритмическое обеспечение для работы МК измерительного преобразователя КИПД, представленное в виде блок схем. 2. Разработано программное обеспечение ИП КИПД выполненное на языке высокого уровня Си. 3. Разработано техническое обеспечение ИП КИПД в виде принципиальной электрической схемы и проекта для изготовления печатных плат (приведены в приложении) 4. Приведены формы распределения выходных сигналов ПИП давления и ПИП температуры при стабильных давлении и температуре (условие регистрации выходных сигналов ПИП в градуировочную характеристику), а также при изменении температуры. 5. Разработано программное обеспечение системы одновременной градуировки партии КИПД. Приведены примеры использования инструментов ПО при определении градуировочных характеристик и функций преобразования партии КИПД. В условия серийного промышленного производства обеспечение функционального контроля ИП является необходимостью. Функциональный контроль ИП позволяет предотвратить возможность сборки и градуировки заведомо неисправного КИПД, что ведет к уменьшению экономических издержек производства. Основным индикатором правильной/неправильной сборки ИП является потребляемый ток. Для каждого типа ИП потребляемый ток имеет строго определенную величину. Отклонение этой величины в ту или другую сторону говорит о дефекте ИП и в каждом случае требует отдельного рассмотрения. Если же величина потребляемого тока соответствует норме, то в ПЗУ программ МК ИП производится запись программного обеспечения. Мощность необходимая для питания одного ИП составляет от 0.7 до 1.5 Вт. 4.1.1. Методика и средства программирования ПЗУ программ МК измерительного преобразователя.
