Дисертації зв’язана з науковим напрямком кафедри «Метрологія, стандартизація та сертифікація» «Розробка теоретичних основ І технічних засобів для метрологічного забезпечення І сертифікаційних випробувань при виробництві І експлуатації промислової продукції»




Скачать 359.78 Kb.
НазваниеДисертації зв’язана з науковим напрямком кафедри «Метрологія, стандартизація та сертифікація» «Розробка теоретичних основ І технічних засобів для метрологічного забезпечення І сертифікаційних випробувань при виробництві І експлуатації промислової продукції»
страница1/2
Дата15.01.2013
Размер359.78 Kb.
ТипДокументы
  1   2




ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ


Актуальність проблеми. Масове використання теплолічильників (ТЛ) ставить проблему забезпечення метрологічної надійності комерційного обліку теплової енергії. Першочерговими заходами для забезпечення високої метрологічної надійності ТЛ є їх періодична метрологічна перевірка (МП). Важливість її здійснення підкреслюється тим фактом, що як в Україні, так і за кордоном прилади комерційного обліку підлягають обов`язковому метрологічному нагляду. Окрім масовості, під час використання ТЛ потрібно враховувати ще й різноманітність їх парку. Це вимагає розроблення та затвердження на кожний із використовуваних ТЛ своєї методики МП, а також застосування різних засобів вимірювальної техніки в процесі її здійснення. Тому масовість та різноманітність типів ТЛ вимагає автоматизації процесу їх МП.

Однак, більша частина із зазначеного вище обладнання не може бути включена в систему автоматичної МП через фізичну та моральну застарілість і відсутність вбудованих можливостей програмно-керованої роботи. Тому, значну увагу слід приділити модернізації та вдосконаленню метрологічного обладнання для автоматизованої МП ТЛ. Окрім цього, слід так вдосконалити існуючі методики, щоб вони легко піддавалися алгоритмам автоматизації МП ТЛ. І, нарешті, слід розробити оптимальні в координатах точність-вартість системи автоматизованої МП ТЛ. Така ситуація вимагає вдосконалення нормативно-технічних засад та розроблення універсальних засобів автоматизованої МП ТЛ.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами: Тема дисертації зв’язана з науковим напрямком кафедри «Метрологія, стандартизація та сертифікація» «Розробка теоретичних основ і технічних засобів для метрологічного забезпечення і сертифікаційних випробувань при виробництві і експлуатації промислової продукції».

Мета дисертаційного дослідження полягає у вдосконаленні нормативно-технічного забезпечення та засобів автоматизованої МП ТЛ.

Для ефективного розв`язання цієї задачі потрібно провести:

- аналіз існуючих проблем, інформаційних моделей, алгоритмів, методів та засобів автоматизації МП ТЛ;

- пошук шляхів автоматизації МП теплообчислювачів (ТО) з використанням активних імітаторів електричного опору (ІО) терморезистивних сенсорів;

- вдосконалення метрологічних властивостей кодокерованих мір для автоматичної перевірки ТО, розроблення методик та засобів коригування додаткових похибок ІО;

- аналіз метрологічних властивостей та розроблення засобів вдосконалення методики перевірки ТЛ комплексним методом;

- аналіз випробувань термоперетворювачів опору (ТПО) під час МП ТЛ;

- аналіз похибок та шляхів вдосконалення автоматизованої системи МП витратомірів;

- аналіз шляхів підвищення метрологічної надійності ТЛ під час експлуатації;

- розроблення та впровадження окремих блоків, пристроїв та програмного забезпечення для автоматизації метрологічної перевірки теплолічильників.

Об`єкт дослідження – процес метрологічної перевірки теплолічильників.

Предмет дослідження – принципи, методи та засоби для автоматизованої перевірки ТЛ з покращеними характеристиками.

Методи дослідження. Дослідження базуються на основних положеннях метрології, стандартизації та оцінювання відповідності, теорії похибок та оцінювання непевності практично виконаних вимірювань. Дослідження виконувались на базі методів інформаційно-вимірювальної техніки, математичного аналізу, математичного та комп’ютерного моделювання, теорії планування експерименту та теорії автоматичного управління.

Наукова новизна одержаних результатів і положень полягає в розробленні методів технічної реалізації автоматичної системи для МП ТЛ:

1. Вперше запропоновано використати електронну базу даних про теплолічильник, побудовану на основі магнітних карт, зчитувачів та інформаційних пристроїв опрацювання технічних відомостей про комплектність, власника, результати попередніх МП тощо, що дає можливість уникнути суб`єктивних помилок та створити передумови для підвищення метрологічної надійності автоматизованої перевірки ТЛ.

2. Вперше запропоновано використати кодо-керовані міри-імітатори опору термоперетворювача опору, які почергово під`єднуються до обох входів температурних каналів ТО, із запам`ятовуванням вихідних сигналів цих імітаторів пристроями вибірки-зберігання, що дає змогу зменшення похибки та спрощення реалізації кодо-керованих мір під час автоматизованої МП ТО.

3. Вдосконалено структуру багатоканального цифрового омметра шляхом періодичного порівняння перевірюваного опору з опором зразкового сенсора та автоматичного коригування адитивної складової похибки методом модуляції вимірювального струму та чотиридротового під`єднання комутатора каналів, яка забезпечує інваріантність до залишкових параметрів ключів комутатора та змін значення вимірювального струму сенсорів, що дає можливість підвищення точності, надійності та продуктивності автоматизованої перевірки ТЛ.

4. Вперше запропоновано вимірювати об`єм теплоносія шляхом фіксації моментів початку та закінчення формування зразкового об`єму за спрацюваннями обох кінцевих вимикачів мірного бака та частотою зразкового витратоміра, значення якої повинно бути у декілька разів більшим від частоти сигналу перевірюваного витратоміра та регулювати потужність помпи, шляхом збільшення її робочої частоти із збільшенням рівня носія в мірних баках, що підвищує точність вимірювання, стабілізує витрату під час автоматизованої МП.

5. Вдосконалено процес стабілізації температури в багатозначному рідинному термостаті з окремими каналами охолодження та нагрівання шляхом кілька разового перетину стабілізованою температурою встановлюваних значень та використанням ПІД-законів з широтно-імпульсним регулюванням, що забезпечує високу точність, стабільність та дискретність і високу швидкодію досягнення програмно встановлюваних значень температури та дає можливість реалізації методу комплектної автоматизованої перевірки ТЛ.

Практична цінність дисертації полягає в розробленні теоретичних та інженерних положень, спрямованих на вдосконалення процесів автоматизації МП ТЛ, а також у експериментальній та практичній перевірці деяких основних теоретичних постулатів і впровадження їх у практику низки підприємств:

- запропонована номенклатура показників, розроблені елементи автоматичної ідентифікації конкретного екземпляра та сформовані бази даних про ТЛ дають можливість усунути суб`єктивні помилки під час перевірки комплектності, проконтролювати його поточний метрологічний стан та прогнозувати показники метрологічної надійності роботи ТЛ;

- використання кодокерованих багатозначних мір на основі активних ІО дозволить здійснити автоматизацію процесу МП ТО;

- впровадження в метрологічну практику розробленого багатоканального цифрового омметра з періодичним порівнянням контрольованих опорів з опором еталонного сенсора, автоматичним коригуванням адитивної складової похибки методом модуляції вимірювальних струмів, інваріантністю до залишкових параметрів ключів комутатора та змін значень вимірювального струму дає можливість збільшення продуктивності праці та підвищення точності і метрологічної надійності під час перевірки температурних каналів ТО;

- використання вдосконаленого способу вимірювання об`ємів носія, що переміщується між мірними ємностями, завдяки фіксації моментів спрацювання початку та закінчення формування еталонного об`єму за високою вихідною частотою зразкового витратоміра, забезпечує підвищення точності МП витратомірів різних типорозмірів;

- уведення контура зворотного зв`язку під час переливання та зміни рівня носія в мірних баках у вигляді регулювання вихідної потужності перекачувального блоку шляхом зміни частоти його живлення стабілізує значення витрати та забезпечує зменшення її низькочастотних пульсацій;

- використання розробленого програмно керованого рідинного термостата, який містить окремі канали охолодження та нагрівання з ПІД-законами широтно-імпульсного регулювання з кількаразовим перетином стабілізованою температурою встановлюваних значень дозволяє автоматизувати процес МП температурних каналів ТЛ, а також автоматизувати комплектний метод МП ТЛ;

- на основі сформованої бази даних про результати МП ТЛ у кожній з перевірюваних точок за витратою, температурою та різницею температур можна екстраполювати функцію перетворення ТЛ у цих точках та зробити оперативний висновок про його потенційну метрологічну надійність у майбутньому.

Наукові результати можуть бути використані у навчальному процесі кафедри метрології, стандартизації та сертифікації, а саме у лекційних курсах “Еталони одиниць фізичних величин”, “Метрологічна перевірка засобів вимірювальної техніки”, “Методи і засоби обліку споживання енергоносіїв”.

Реалізація результатів дослідження. Основні теоретичні результати впроваджені в ЛКП “Залізничнетеплоенерго”, м. Львів; КПТМ “Черкаситеплоенерго”, м. Черкаси; ККП “Донецькміськтепломережа”, м.Донецьк; ВО “Дружківкатепломережа”, м. Дружківка; Державному підприємстві “Волинський науково-виробничий центр стандартизації, метрології та сертифікації” (ДП “Волиньстандартметрологія”), м. Луцьк, про що свідчать акти впровадження, подані в додатках.

Апробація результатів дослідження здійснювалася шляхом обговорення основних положень дисертації на засіданнях кафедри , на наукових конференціях, симпозіумах, нарадах та семінарах:

- VI Міжнародна науково-практична конференція “Тепловодооблік-2008” , м. Київ, “Укрметтестстандарт”, 2008;

-VI Міжнародна науково-теоретична конференція “Метрологія та вимірювальна техніка” (Метрологія-2008), м. Харків, ННЦ “Інститут метрології”, 14-16 жовтня 2008;

- ІХ Міжнародна науково-теоретична конференція “Контроль і управління в складних системах” (КУСС-2008), м. Вінниця, ВНТУ, 2008;

- IV Міжнародна науково-теоретична конференція “Сучасні комп`ютерні системи та мережі” (ACSN-200), м. Львів, “Національний університет “Львіська політехніка”, 2009.

Публікації. Основні результати дисертації висвітлені у п’ятьох статтях (загальним обсягом 1.89 авторських аркушів) наукових журналів та збірників наукових праць, що включені ВАК України до переліку фахових видань, та у чотирьох тезах (загальним обсягом 0.61 авторських аркушів), надрукованих у збірках матеріалів наукових конференцій.

Особистий внесок здобувача. Основний зміст роботи, всі теоретичні та практичні результати, висновки і дослідження, які представлено до захисту, одержані автором особисто. У публікаціях, написаних у співавторстві, автору належить: розроблення математичної моделі функції перетворення та структури автоматизованого місця перевірки ТЛ [5, 6, 9]; розроблення структурної схеми автоматизованого робочого місця з перевірки ТПО та проведення експериментальних досліджень [2, 3, 7, 8]; розроблення та перевірка математичних моделей багатоканальних цифрових омметрів [4]; розроблення структурної схеми автоматизованого робочого місця з перевірки витратомірів та проведення експериментальних досліджень [2, 3, 7, 8]; вибір номенклатури, розроблення концепції побудови та структурної схеми бази даних теплолічильників [2, 3, 7, 8].

Структура та обсяг роботи. Структура дисертації відповідає меті дослідження й відображає послідовність вирішення поставлених завдань. Логіка та мета дослідження зумовили поділ дисертації на чотири розділи. Дисертація також містить вступ, висновки, список основних використаних джерел та додатки. Загальний обсяг дисертації складає 113 сторінок, з них 108 сторінки основного тексту та 5 сторінок додатків, список використаних джерел нараховує 7 сторінок і містить 76 найменування.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовується актуальність теми дисертації, показано зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами, сформульовано мету та завдання досліджень, вказані об’єкт, предмет та методи дослідження, окреслено наукову новизну та практичне значення отриманих результатів, вказано особистий внесок здобувача у результатах досліджень, на основі яких побудована дисертація, подано апробацію результатів дисертації, а також перелік публікацій у яких висвітлені основні результати дисертаційних досліджень.

У першому розділі проведено аналіз сучасного стану проблеми автоматизації метрологічної перевірки теплолічильників, подаються інформаційні моделі та алгоритми автоматизації МП ТЛ, розглядаються існуючі нормативні засади, методи та засоби МП ТЛ та можливі шляхи їх автоматизації. На підставі проведеного аналізу показано, що існуюче обладнання є морально застарілим та не дозволяє оперативно використовувати значення вимірюваних величин як електронних даних у реальному масштабі часу з можливістю зворотного впливу на перевірюваний об`єкт [1]. Не існує також стандартних, затверджених у встановленому порядку програм опрацювання вимірювальної інформації. Відсутня система формування, використання та зберігання баз метрологічних даних, що в сучасних умовах ускладнює подальший контроль за використанням енергоносіїв з допомогою перевірюваних ТЛ. Існує ймовірність внесення у розрахунки помилок оператора, необхідна постійна присутність високваліфікованого персоналу. Неможливість одночасного вимірювання параметрів декількох ТЛ, зменшує продуктивність МП цих пристроїв [1].

У другому розділі проведено детальний аналіз шляхів покращення параметрів установок для автоматизації МП ТО, розглянуто можливості автоматизації МП ТО, проаналізовано шляхи покращення метрологічних властивостей кодо-керованих мір для перевірки ТО, встановлено метрологічні властивості перевірки ТЛ комплектним методом. Обґрунтовується, що методику комплектної МП на практиці доцільно застосовувати лише для ТЛ із відносно невеликим діаметром умовного проходу (до ДУ 40 мм включно) [1-3].

Доводиться, що з метою автоматизації процесу визначення метрологічних характеристик ТО під час обчислення об’єму теплоносія достатньо використовувати генератор та лічильник імпульсів системного призначення, які імітуватимуть вихідні сигнали первинного перетворювача витрати (ППВ). Під час перетворення вхідних сигналів ТО та обчислення спожитої теплової енергії, окрім імітатора ППВ, слід додатково використовувати дводротові кодо-керовані міри опору (ККМО) системного призначення. Якщо зазвичай межа допустимих значень похибки вимірювання різниці температур ТЛ не повинна перевищувати ±0,1 К, то під час МП межа допустимих значень абсолютної похибки робочих еталонів імітаторів електричного опору ТПО не повинна перевищувати відповідно ±(0,02…0,03) К, або ±(0,004…0,006) Ом [3, 4]. Такі вимоги суттєво ускладнюватимуть реалізацію ІО. Проведений аналіз показав, що ККМО з такими високими метрологічними вимогами найдоцільніше реалізовувати на базі ІО, причому з метою забезпечення незалежності встановлюваних значень відтворюваних опорів від значень залишкових параметрів комутаційних елементів та опорів з’єднувальних ліній доцільно їх під`єднувати до ТО чотиридротовою лінією зв`язку.

Під час МП ТО в кожному з температурних каналів необхідно використовувати такий ІО, попри це метрологічні вимоги до ІО суттєво зростають, що ускладнює їх реалізацію. Якщо у вимірювальних каналах використовуються два різні ІО в процесі випробовування ТО, то граничне значення похибки відтворення різниці опорів ΔRΝx активними ІО становитиме [4]

, (1)

де RN1, RN2, ∆N1=RN0δ1, ∆N2=RN0δ2, Rα1, Rα2 – відповідно, номінальні значення та абсолютні і адитивні складові похибки (АСП) опорів обох ККМО;

μ1, μ2, δμ1, δμ2, ∆μ11 δμ1, ∆μ22 δμ2 – відповідно, номінальні значення кодів та їх відносні і абсолютні похибки КПН обох ІО;

RΝ0, δ1, δ2 – відповідно, номінальне значення та відносні похибки імітаторів опорів обох ККМО ІО1, ІО2;

αN, δα1, δα2 – відповідно, номінальне значення та відносні похибки температурного коефіцієнту опору (ТКО) опорів обох ККМО;

- відхилення температури довкілля θ від нормального значення θ0 (θ0=20 ˚С).

Аналіз показує, що під час реалізації активних ІО, та встановлених для них вище метрологічних вимог межі допустимих значень похибки їх основних компонентів будуть знаходитись на рівні тисячних відсотка, а складові похибки, спричинені неідеальностями активних компонентів, повинні бути ще меншими. Для суттєвого зменшення метрологічних вимог пропонується використовувати єдиний активний ІО, який за командами контроллера ПК почергово під’єднується до обох каналів ТО. Такий ІО необхідно підключати до обох входів ТО потенціально–струмовим комутатором SP1, SP2, SC1, SC2 (рис. 1) [4]. Миттєві значення сигналів ІО запам`ятовуються пристроями вибірки-зберігання (ПВЗ), що почергово перемикаються їх триполюсними комутаторами S1, S2. У цьому випадку, як показує аналіз виразу (2), суттєво зменшується значення похибки відтворюваної різниці опорів

(2)

де - абсолютна та відносна похибка масштабувального резистора ІО;

δα – межа допустимих значень розкиду ТКО масштабувального резистора.

З аналізу цього виразу можна зробити висновок, що абсолютна похибка відтворення різниці опорів практично визначатиметься лише інструментальною та температурною складовими похибки масштабувального резистора та різницею абсолютних похибок при різних значеннях μ1 та μ2 кодів управління КПН. Під час відтворення невеликих значень різниці опорів ТО значення різниці абсолютних похибок при різних, але близьких значеннях μ1 та μ2 кодів управління КПН буде набагато меншим від межі доступних значень похибки КПН. Застосування сучасної елементної бази, зокрема операційних підсилювачів (ОП) у мікроелектронному виконанні з періодичною корекцією дрейфу дає можливість зменшення АСП такого пристрою до значень набагато менших від межі допустимих значень. Наприклад, для значень вхідних напруг ТО лише 50 мВ та за умови використання прецизійного ОП типу LT 1050, напруга зміщення якого та її дрейф не перевищують, відповідно, 0,5 мкВ та 0,01 мкВ/К, відносна похибка, зумовлена АСП ПВЗ, не перевищуватиме декількох тисячних відсотка.

П
Рис. 1 - Схема автоматизованого пристрою для випробувань теплообчислювачів: а) функціональна схема; б) структура ПВЗ
охибка відтворення електричного опору ККМО у першу чергу визначається похибками масштабувальних резисторів, що вимагає в робочому температурному діапазоні експлуатації автоматизованих вимірювальних установок й коригування впливу їх ТКО. Проведений аналіз виявив, що за умов апроксимації температурної залежності ТКО традиційною квадратичною функцією та не перевищення значенням температурної складової третини значення допустимої похибки ККМО, то відхилення температури  від нормального значення 20 
оС не буде перевищувати в найгіршому випадку лише Δθ≤±(1,0…2,7) К для типових серійних прецизійних резисторів. Такі доволі високі вимоги до відхилень температури довкілля відносно нормального значення суттєво ускладнюють і здорожують метрологічну перевірку засобів вимірювальної техніки або ж призводять до зростання їх додаткових температурних похибок в умовах експлуатації. Показано, що найпростіший спосіб коригування ТКО мір опору з використанням додаткових температурнозалежних пасивних резисторів, що з’єднуються послідовно-паралельно з основною мірою RN1, є непридатним на практиці через трудомісткість процесу підбору параметрів коригувальних елементів залежно від індивідуальних значень ТКО мір опору. Значною мірою вказані недоліки можуть бути усунені під час коригування температурних залежностей однозначних мір опору з використанням активних елементів, як це проілюстровано у схемі зразкової міри опору RN1 з коригуванням її додатних і від’ємних ТКО [6]. Принцип її дії полягає у формуванні на додатковому зразковому резисторі RN2 такого спаду напруги, який коригуватиме спад напруги на зразковому резисторі RN1, спричинений його температурними змінами. У схемі такої активної міри опору є можливість отримання невеликої двополярної зміни еквівалентного опору імітатора відносно номінального значення міри опору R12

. (3)

Точність коригування ТКО однозначних мір опору залежатиме у першу чергу від точності виготовлення резисторів схеми коригування, а також і від параметрів неідеальності ОП DA1, DA2. В роботі показано, що для сучасної елементної бази, наприклад, ОП типів МАХ 420 - езм=1мкВ, Івх10нА; LT 1050 - 0,5 мкВ, 1 нА; LМU 2011 - 0,8 мкВ, 5нА та для типових значень падіння напруг на зразкових резисторах від 0,1 В до 10 В, значення відносної похибки активної міри опору не перевищуватиме ±(2·10-5…2·10-3) %, тобто матиме нехтувально мале значення порівняно з типовими значеннями похибок метрологічних пристроїв декілька сотих відсотка. Коригування ТКО зразкових мір полягатиме у визначенні його значення ±α1N та розрахунку значень параметрів структури для його зменшення.

Проведений аналіз методики і опрацювання результатів за методикою комплектної перевірки ТЛ показав, що її практична цінність полягає у максимальному наближенні умов випробувань ТЛ, відповідно, і ТО, до умов реальної експлуатації. Її основний недолік, пов`язаний з необхідністю проливу об`єму води в кілька сотень разів більшого від одиниці молодшого розряду (ОМР) ТЛ, можна усунути завдяки певному вдосконаленню методики завдяки використанню зразкових витратомірів з ОМР набагато меншою від перевірюваного ТЛ. Попри це, для зменшення похибки від дискретності відліку в ТО саме різницю температур доцільно порівнювати з показами зразкових термометрів, що знаходяться в термостатах для відтворення температур подавального та зворотного трубопроводів. Показано необхідність застосування у процесі комплектних випробувань ТЛ програмно-керованих термостатів. Наприклад, застосування розробленого за участю автора термостата типу ТСР-0105 з можливістю дистанційного управління створює умови суттєвого спрощення процедури автоматизації випробувань ТО під час МП ТЛ [6].

У третьому розділі розглядається питання вдосконалення характеристик автоматизованих установок для МП ТЛ, досліджуються можливості автоматизації випробувань ТПО під час МП ТЛ, аналізуються шляхи автоматизації МП витратомірів включно з уточненням кількості зчитаних імпульсів, встановленням заданої витрати та забезпеченням її стабільності, проводиться аналіз похибок МП витратомірів, непевності відтворення одиниці об’єму витрати, оцінювання зміни витрати під час вимірювання, визначення меж відносної похибки мірних баків у статичному режимі, висвітлюються основні шляхи підвищення метрологічної надійності ТЛ під час експлуатації у міжповірочний період.

Вимірювання температури та різниці температур є однією з найважливіших процедур під час МП ТЛ. Попри це значення похибки вимірювання температури або ж різниці температур повинно контролюватися в декілька разів точніше від межі допустимих значень їх похибок [6]. Для ТПО НСХ Pt 500 класу “А” значення похибки вимірювання температури в діапазоні (0…100) ˚С не повинно перевищувати ±[(0,01…0,03)…(0,07…0,12)] ˚С, або ±[(0,02…0,06)…(0,20…0,34)] Ом [6]. Такі високі вимоги до точності вимірювання електричного опору RХ ТПО вимагають використання спеціальних багатоканальних прецизійних омметрів, функція перетворення яких зазвичай апроксимується двочленною моделлю , де Nx – значення коду результату вимірювання; kA – коефіцієнт перетворення опір–код; RХ – значення вимірюваного опору ТО; a, b, с – відповідно, адитивна складова похибки (АСП) та коефіцієнти мультиплікативної (МСП) та квадратичної (КСП) складових похибки омметра. Серед усіх складових похибки цифрових приладів домінуючою, зазвичай, є АСП, для автоматичного коригування якої може використовуватися нескладний у практичній реалізації метод модуляції вимірювальних струмів [6]. З плином часу та під час змін умов довкілля значення коефіцієнтів в і с можуть суттєво змінюватись і, тому, доцільно передбачити періодичне калібрування ЦО шляхом під’єднання двох зовнішніх прецизійних мір з опорами RM1 та RM2 до входу ЦО чотириполюсним комутатором [6]. Після цього неважко визначити коефіцієнти

(4)

(5)

де NМ1, NМ2 - коди результатів вимірювання опорів RМ1, RМ2 зовнішніх мір.

Значення коефіцієнтів b та с зберігатимуться у пам’яті пристрою керування омметром і використовуватимуться під час розрахунку скоригованих значень вимірюваних кодів перетворень у робочих умовах експлуатації. Періодичність калібрувань визначатиметься швидкістю зміни в часі значень коефіцієнтів b i c із зміною умов довкілля і її найдоцільніше встановити експериментальним шляхом для кожного з виготовлених прецизійних багатоканальних омметрів [6] (рис. 2). В омметрі використано чотиридротове під’єднання вимірюваних резисторів RХ1,… RХn та метод коригування АСП з модуляцією вимірювальних струмів I1 та I2 [6]. Кожен із n чотиридротових вимірюваних резисторів RХ1,…, RХn чотирма n–входовими комутаторами каналів SC1, SP1, SC2, SP2 почергово під’єднуються до пари струмових С1, C2 та пари потенціальних П1, П2 входів ЦО. Власне відсутність у комутованих вимірювальних колах залишкових напруг дає принципово змогу реалізації комутаторів з невеликими значеннями похибок [6].

З
Рис. 2 – Структурна схема багатоканального прецизійного омметра для випробувань ТПО

воротні струми клю-чів можуть спричиня-ти достатньо великі за значеннями похибки під час вимірювання опорів RХ1, …, RХn. Однак, з допомогою комутації вимірювальних струмів значення цієї похибки коригується. Код результату вимірювання Nj опору Rxj знаходиться як різниця кодів Nxj1 та Nxj2 результатів аналого–цифрових перетворень [6]

(6)

де kAD, ∆А – відповідно, коефіцієнт перетворення та АСП АЦП;

m1, m2 – коефіцієнт перетворення подільника напруги.

З аналізу виразу (6) можна зробити висновок, що результат вимірювання опору не залежатиме від АСП тракту перетворення та залишкових параметрів ключів комутаторів. За умови забезпечення високих вихідних опорів генератора струму (ГС) та вхідних опорів повторювача напруги та ОП DA2, результат вимірювання електричного опору ТПО не залежатиме від опорів з’єднувальних ліній та замкнених ключів комутаторів SC1, SP1, SC2, SP2. Сьогодні ця умова достатньо просто виконується на практиці.

У структурі ЦО передбачена можливість під’єднання двох калібрувальних резисторів, періодичне вимірювання значення опору яких та запропонований алгоритм опрацювання результатів перетворень дозволить скоригувати МСП та КСП розробленого багатоканального прецизійного омметра. За умови використання сучасних персональних комп’ютерів та відповідного програмного забезпечення розроблена структура може використовуватись для автоматизації усіх вимірювальних процедур під час випробувань ТПО в процесі МП ТЛ.

Здійснений у роботі аналіз показав, що автоматизація процесу вимірювань характеристик витратоміра дає ряд суттєвих переваг порівняно із стандартним методом [1] завдяки: можливості одночасного випробування декількох витратомірів; точнішого зчитування об’єму за рахунок встановлення часу надходження імпульсів з витратоміра; можливості миттєвого відслідковування витрати; можливості застосування режиму “ СТАРТ з ходу ”; значно точнішого відслідковування параметрів та виконання гідравлічних комутацій за рахунок вищої швидкодії апаратних засобів порівняно з оператором; можливості обміну даними контролера установки з базою систематизованих даних (БСД) вимірювальної лабораторії; зменшення витрат часу та ресурсів під час проведення випробувань витратоміра.

Під час випробувань витратомірів з імпульсним виходом на проливних установках існує проблема коректності виміру об’єму, що пройшов до початку першого та після закінчення останнього імпульсу, зчитаного у вимірюванні від задавачів рівня теплоносія у мірних баках. З метою підвищення точності МП витратомірів запропоновано вимірювати пролиті об’єми Vх1, Vх2 за кількістю імпульсів взірцевого витратоміра Nв [8]. Показано, що за умови вибору частоти fв взірцевого витратоміра значно вищою від частоти fd досліджуваного, похибка вимірювань за уточненим методом δY буде значно зменшена і визначається лише похибкою дискретизації кількості отриманих імпульсів.

Встановлено, що внаслідок регулювання заданого режиму витрати обов’язково виникає турбулентність та збурення потоку, наприклад, на протязі лише декількох секунд спостерігається зміна витрати у межах 3 % від номінального встановленого значення, що однозначно спричиняє негативний вплив та зменшує достовірність випробувань (рис. 3,4). З метою вирішення цих проблем у роботі запропоновано регулювати витрату шляхом зміни потужності двигуна помпи, що дозволяє заспокоїти встановлений потік на всіх передбачених вузлах та усуває збурення аж до витратоміра. Отримуємо покращення метрологічних параметрів та економію електроенергії, зменшення собівартості процедури МП. Проведено також аналіз похибок МП витратомірів, зумовлених


Рис. 3 - Результати експериментальних досліджень

короткочасової залежності миттєвої витрати


Рис.4 - Результати експериментальних досліджень миттєвих змін витрати із зміною рівня рідини у мірних баках

нестабільністю потоку води проливної установки; збуренням потоку регулювальною арматурою та розміщеними попереду витратомірами; спадом витрати води по мірі заповнення мірних баків; неточністю визначення об’єму взірцевими витратомірами, що як правило калібрують за мірними баками; неточністю виготовлення мірних баків.

П
Рис. 5 – Структура факторів негативного впливу під час експлуатації ТЛ
роаналізовано причини п
орушення нормальної роботи ТЛ та встановлено, що зміна (дрейф) їх метрологічних характеристик складає широкий спектр від незначних відхилень допустимих значень до повного припинення функціонування теплолічильника (рис. 5). Очевидно, що такий дрейф прямо та суттєво впливає на точність вимірювань теплоти,і ставить достовірність обліку у пряму залежність від надійності роботи ТЛ. За результатами аналізу БСД можна зробити висновок, що переважною причиною метрологічних відмов є вихід з ладу каналу вимірювання температури (приблизно 50 % від усіх відмов), а також відмови витратоміра та ТО (
Рис. 7 - Апроксимація часових змін

похибки теплолічильників МВМ

квадратичною функцією

Рис. 6 - Апроксимація часових змін

похибки теплолічильників УЗВМ та ЕМВМ квадратичною функцією


приблизно по 25 % відмов) [1, 2, 8]. Проаналізовано результати трьох чергових МП десяти ТЛ кожного з трьох типів і зроблений висновок про найвищу МН ТЛ з електромагнітним витратоміром (ЕМВМ) (10% метрологічних відмов), далі – ТЛ з ультразвуковим витратоміром (УЗВМ) (30% метрологічних відмов) і, нарешті, - ТЛ з механічним витратоміром) МВМ (50% метрологічних відмов). За метрологічну відмову приймався факт виходу поза встановлені межі похибки ТЛ в будь-якій з перевірюваних точок. Слід відмітити той факт, що для всіх аналізованих типів ТЛ метрологічні відмови наставали при мінімальному значенні витрат. Необхідно також наголосити на факті відсутності метрологічних відмов за перші два міжповірочні інтервали. Апроксимацію часових змін похибки ТЛ на мінімальній витраті здійснювали квадратичною функцією за методом найменших квадратів. Аналіз апроксимації часових змін характеристик похибки ТЛ, які мають міжповірочний інтервал чотири роки та не пройшли третьої чергової МП, квадратичною залежністю показує, що тільки для ТЛ з умовними номерами 5, 7 (обидва УЗВМ) та 17 (ЕМВМ) можна було б встановити черговий міжповірочний інтервал два роки, а ТЛ з номером 9 (УЗВМ) – один рік (рис. 6). Інша ситуація складається для найненадійніших з досліджених ТЛ з МВМ (рис. 7). Аналіз графіків показує, що практично всі ТЛ, за винятком №40, слід було б відправити в ремонт після другої МП. ТЛ з номером 40 необхідно було б ремонтувати відразу після першої чергової МП, оскільки протягом цього міжповірочного інтервалу його похибка, перевищивши межі, знову повертається в область допустимих значень. Слід також зауважити, що для уникнення подібних ситуацій в комерційних ЗВТ під час МП можна було б встановити певний коефіцієнт запасу, наприклад, 0,8 [2]. Таким чином, запропонований підхід дає змогу підвищення метрологічної надійності ТЛ у міжповірочний період завдяки гнучкій можливості встановлення відповідної його тривалості. Окрім підвищення метрологічної надійності ТЛ, такий підхід дасть змогу ще й заощадити кошти надавача послуг з опалення або їх споживача. Дійсно, навіть для найнадійніших з досліджуваних ТЛ з ЕМВМ ТЛ з номерами 14 та 18 необхідно відправити в ремонт вже після третьої МП, з номером 20 – після четвертої чергової МП, а для ТЛ з номером 19 після четвертої МП слід встановити міжповірочний інтервал два роки.

У четвертому розділі наведено результати практичної реалізації та перспективи вдосконалення процедури автоматизації МП ТЛ, описується функціональна схема розробленої автоматизованої установки, надані технічні характеристики програмно керованого рідинного термостата, розглянуто розроблене автоматизоване робоче місце перевірки ТПО та автоматизована база даних про перевірювані ТЛ. Застосування структури автоматизованої вимірювальної лабораторії окрім відомої технічної модернізації дозволяє досягнути ще ряд суттєвих практичних переваг, таких як [1]: скорочення часу реєстрації ТЛ; уникнення неточностей під час реєстрації та видачі ТЛ; суттєвого скорочення часу та спрощення процедури формальної підготовки до випробувань на робочих місцях; за рахунок виключення ручної процедури знімання та обробки метрологічних даних суттєвого скорочення трудозатрат на кожному робочому місці; завдяки інтегрованим у структуру вимірювальної лабораторії робочих місць адміністратора та бухгалтера оптимізують та гармонізують процес оформлення відповідної документації; обмін через зовнішній інтерфейс даними з іншими вимірювальними лабораторіями та надання інформації у центр стандартизації, метрології та сертифікації; оперативної участі у формуванні та оновленні єдиної загальноукраїнської бази метрологічних даних, що буде служити джерелом для наукових досліджень.

З метою реалізації комплектного методу МП ТЛ був розроблений програмно керований рідинний термостат ТСР-0105НО призначений для створення термостатованого середовища під час здійснення різноманітних термометричних робіт або фізичних досліджень [1]. Вимірювання температури в термостаті проводять з допомогою вбудованого високоточного регулятора-вимірювача температури РТ-0102 з ТПО. Термостат має два варіанти виконання: за діапазонами стабілізованих температур : від 0 °С до +100°С і від -30°С до +60°С. Як термостатоване середовище використовується вода, етиловий спирт, антифриз або інший теплоносій (наприклад, вазелінова олія WX15) залежно від діапазону стабілізованих температур (табл. 1).

Таблиця 1 - Технічні характеристики розроблених термостатів


Температура термостатування, °С

0 … +100 (-30 … +60)

Дискретність задання температури, °С

0,01

Границi допустимої основної абсолютної похибки вимірювання та відтворення температури, °С

±0,02


Нерівномірність температурного поля в місці розташування термовводів на глибині занурення від 120 до 250 мм відносно центру робочого об’єму, не перевищує,°С

±0,03


Коливання температури не виходять за границі, °С

±0,02

Час виходу на робочу температуру, не більше, хв

- при додатніх температурах

- при від’ємних температурах


90

240

Об’єм робочого простору, л

11


З метою збільшення продуктивності праці однієї із найскладніших та найвідповідальніших операцій МП усього ТЛ розроблено автоматизоване робоче місце перевірки ТПО, яке складається з термостата ТСР-0105 НО комутатора чотиридротової лінії перевірочного омметра цифрового ОЦ–0103, зв’язаного з комп’ютером через інтерфейс RS-232 ПК з відповідним програмним забезпеченням.

Процес МП ТЛ передбачає неодноразові звернення до інформації про ТЛ з різною метою. Досвід безпосередньої участі автора у метрологічних випробуваннях ТЛ у вимірювальній лабораторії ЛКП “Залізничнетеплоенерго ” на протязі 12–ти років дозволяє зробити такі висновки про доцільність введення в метрологічну практику баз систематизованих даних про ТЛ [1, 8] запис необхідних даних про ТЛ у журналах реєстрації - це тривалий процес, що не можливо пришвидшити; через людський фактор процедура реєстрації ТЛ, що містить інформацію про власника, місце встановлення, тип, характеристики та серійні номери складових частин допускає ймовірність помилок; інформація про реєстрований ТЛ як мінімум тричі використовується на робочих місцях з випробувань складових частин, що у свою чергу допускає ймовірність виникнення та повторення помилок під час оформлення результатів випробувань; тривалим та незручним є процес з’ясування стану готовності ТЛ у цілому, особливо за наявності їх великої кількості; оскільки не всі ТО мають функцію відображення на дисплеї внутрішнього таймера, часто виникають неузгодженості з терміном своєчасної заміни елемента живлення; трудомістким та незручним є аналіз інформації про похибки ТЛ протягом деякого періоду часу, оскільки протоколи МП передаються та зберігаються у друкованому вигляді; виникають неточності у метрологічній та фінансовій документації. Вирішенням вказаних проблем стало розроблення та запровадження у вимірювальній лабораторії ЛКП“Залізничнетеплоенерго” у 2005 році БСД.

  1   2

Похожие:

Дисертації зв’язана з науковим напрямком кафедри «Метрологія, стандартизація та сертифікація» «Розробка теоретичних основ І технічних засобів для метрологічного забезпечення І сертифікаційних випробувань при виробництві І експлуатації промислової продукції» iconРеферат роботи “Розробка та впровадження технологій та технічних засобів для забезпечення надійності постачання вуглеводнів в Україні”
Розробка та впровадження технологій та технічних засобів для забезпечення надійності постачання вуглеводнів в Україні”
Дисертації зв’язана з науковим напрямком кафедри «Метрологія, стандартизація та сертифікація» «Розробка теоретичних основ І технічних засобів для метрологічного забезпечення І сертифікаційних випробувань при виробництві І експлуатації промислової продукції» iconПрограма фахових вступних випробувань на здобуття освітньо-кваліфікаційного рівня "бакалавр" напряму підготовки 010104 «Професійна освіта. Метрологія, стандартизація та сертифікація» за скороченим терміном навчання
Охоплюють основний матеріал з дисциплін підготовки молодшого спеціаліста згідно з діючою навчальною програмою
Дисертації зв’язана з науковим напрямком кафедри «Метрологія, стандартизація та сертифікація» «Розробка теоретичних основ І технічних засобів для метрологічного забезпечення І сертифікаційних випробувань при виробництві І експлуатації промислової продукції» iconПерелік дисциплін, які виносяться для вступу на освітньо-кваліфікаційний рівень магістра
Поняття метрологічного забезпечення. Законодавча, нормативна, технічна, організаційна та наукова основи метрологічного забезпечення....
Дисертації зв’язана з науковим напрямком кафедри «Метрологія, стандартизація та сертифікація» «Розробка теоретичних основ І технічних засобів для метрологічного забезпечення І сертифікаційних випробувань при виробництві І експлуатації промислової продукції» iconОцінка економічної ситуації в місті
За 1 квартал 2010 рік обсяг реалізованої промислової продукції у діючих оптових цінах склав 1137,2 млн грн. Питома вага промисловості...
Дисертації зв’язана з науковим напрямком кафедри «Метрологія, стандартизація та сертифікація» «Розробка теоретичних основ І технічних засобів для метрологічного забезпечення І сертифікаційних випробувань при виробництві І експлуатації промислової продукції» iconРеферат Претенденти на здобуття Державної премії України в галузі науки І техніки за 2011 рік Ткачук Микола Анатолійович, доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри «Теорія І системи автоматизованого проектування механізмів І машин»
«забезпечення технічних І тактико-технічних характеристик високонадійних форсованих двигунів та військової техніки»
Дисертації зв’язана з науковим напрямком кафедри «Метрологія, стандартизація та сертифікація» «Розробка теоретичних основ І технічних засобів для метрологічного забезпечення І сертифікаційних випробувань при виробництві І експлуатації промислової продукції» icon"Розробка І дослідження деяких питань оперативного контролю І управління в асув"(спеціальність 05. 13. 01 управління в технічних системах)
Бібліографічний покажчик, що пропонується, присвячений 30-річчю науково-педагогічної І громадської діяльності Віктора Макаровича...
Дисертації зв’язана з науковим напрямком кафедри «Метрологія, стандартизація та сертифікація» «Розробка теоретичних основ І технічних засобів для метрологічного забезпечення І сертифікаційних випробувань при виробництві І експлуатації промислової продукції» iconРобоча програма затверджена на засіданні кафедри технологій виробництва продукції тваринництва
Програму підготував: доцент кафедри технологій виробництва продукції тваринництва П’ясківський В. М
Дисертації зв’язана з науковим напрямком кафедри «Метрологія, стандартизація та сертифікація» «Розробка теоретичних основ І технічних засобів для метрологічного забезпечення І сертифікаційних випробувань при виробництві І експлуатації промислової продукції» iconКафедра програмного забезпечення мтф
Розробка плану та програмного забезпечення для переходу університету на користування ос linux
Дисертації зв’язана з науковим напрямком кафедри «Метрологія, стандартизація та сертифікація» «Розробка теоретичних основ І технічних засобів для метрологічного забезпечення І сертифікаційних випробувань при виробництві І експлуатації промислової продукції» iconРеферат циклу підручників «Основи теорії кіл»
Вунтесмері Володимир Семенович, к т н, доц., доцент кафедри теоретичних основ радіотехніки Національного технічного університету...
Дисертації зв’язана з науковим напрямком кафедри «Метрологія, стандартизація та сертифікація» «Розробка теоретичних основ І технічних засобів для метрологічного забезпечення І сертифікаційних випробувань при виробництві І експлуатації промислової продукції» iconПопередній план клінічних аудитів (КА) проведення клінічних випробувань (КВ) лікарських засобів на ІV квартал 2011р. №
КА) проведення клінічних випробувань (КВ) лікарських засобів на ІV квартал 2011р
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница