Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ АТТЕСТАЦИИ СХЕМЫ ИСПЫТАНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

Муха Ю.П. 1 Фам Хоанг Чунг 1
1 Волгоградский государственный технический университет
Методика оперативных испытаний измерительных средств, встроенных в технологическое оборудование, обеспечивает требуемое качество реализуемых технологий за счет того, что можно оценивать качество автоматических контрольно-измерительных операций, входящих в состав технологических процессов, не останавливая работы технологических линий. Применение этой методики позволяет увеличить эффективность технологии за счет сохранения непрерывности технологического процесса при условии повышения достоверности измерений основных измерительных цепей, используемых в технологическом оборудовании. Однако для аттестации схемы испытания измерительной системы необходима реализация метода для всех компонентов, из которых составляется данная система. В статье рассмотрено принципиальное воспроизведение метода в конкретном примере к осуществлению метрологического анализа всех элементов измерительной системы, используемой для контроля траектории опорной точки суппрорта прецизионного металлорежущего станка, и предложен алгоритм имитационного моделирования для дальнейшего применения метода с помощью вычислительной техники.
оперативные испытания
схемы оперативных испытаний
алгоритм имитационного моделирования
Брусакова И.А., Цветков Э.И. Достоверность результатов метрологического анализа. – СПб.: СПбГЭТУ, 2001. – 354с.
Муха Ю.П., Фам Ч.Х. Сруктурные схемы оперативных испытаний средств контроля и измерений для металлорежущих станков // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 1; URL: www.science-education.ru/121-18157.
Проников А. С. Программный метод испытания металлорежущих станков. – М.: Машиностроение, 1985. – 288 с.
Цветков Э.И. Основы математической метрологии. – СПб.: Изд-во «Политехника», 2005. – 510 с.
Цветков Э.И. Метрология: Конспект лекций. – СПб: Изд-во «КопиСервис», 2008. – 104 с.

Принципиальная реализация схемы оперативного испытания

В соответствии с [2] можно сформулировать методику оперативных испытаний следующим образом:

1. Осуществляется метрологическое описание оперативных испытаний.

2. Формируются схемы имитационно-инструментальной организации испытаний.

3. Реализуется имитационно-инструментальный эксперимент для непрерывной оценки метрологических характеристик испытываемых измерительных средств.

Для примера можно рассмотреть нагрузочно-измерительный комплекс, с помощью которого осуществляют программные испытания суппортной группы токарных станков [3]. В этом случае комплекс имеет схему измерения, приведенную на рис. 1.

На схеме приняты следующие обозначения: R1 – фотоэлектрический автоколлиматор; R4 – блок автоматики; R5, R6 – цифровые пересчетные устройства; R7 – мини-ЭВМ «Искра-1256» шестого исполнения аналого-цифровой преобразователь (АЦП); R8 – двухкоординатный планшетный потенциометр ПДП-4; R9 – устройство ROBOTRON-1156; R10 – блок накопления информации; R11 – универсальный динамометр УДМ-100; R12 – тензометрический усилитель УТЧ-1; R13 – электромагнитное нагрузочное устройство; R14 – мини-ЭВМ «Искра-1256» седьмого исполнения АЦП; R15 – релейное устройство; R16, R17 – блоки питания Б5-45.

В данной статье проводим принципиальное воспроизведение метода на аттестацию схемы испытания измерительной системы. Пытаемся испытывать все элементы измерительной системы, схема которой показана на рис. 1. Описание метода представлено в [3].

1. Метрологическое описание оперативных испытаний.

pic_68.tif

Рис. 1. Схема измерения нагрузочно-измерительного комплекса для программного испытания суппортной группы токарных станков

Модель измерительной ситуации:

muha01.wmf

где muha02.wmf – модель входного сигнала визуального контроля; muha03.wmf – модель входного сигнала канала нагружающей силы; muha04.wmf – модель условий измерений; w(λ*) – нормальное распределение; muha05.wmf – инструментальный ресурс измерительных средств.

В соответствии со схемой измерения (рис. 1) составлена система уравнений измерений:

muha06.wmf (1)

Теперь система уравнений полных погрешностей имеет вид

muha07.wmf (2)

2. Схема организации испытаний.

В рамках данной статьи мы будем рассматривать последовательность процедуры определения метрологических характеристик для канала R7, схема испытания которого приведена на рис. 2, так как такой же подход будет справедлив и для остальных случаев.

Здесь использованы следующие обозначения: ГТС – генератор тестовых сигналов, формирующий испытательный сигнал γj(t); ИСИ – испытуемое измерительное средство, на выходе которого формируется результат измерений muha08.wmf; ЭСИ – эталонное средство измерений, на выходе которого формируется действительное значение измеряемой величины λдj; АЦПЭ – эталонный аналогоцифровой преобразователь, формирующий входное воздействие γj(t) для воспроизведения имитационного моделирования; LИМ – оператор имитационного моделирования; muha09.wmf – результат измерений в j-м измерительном эксперименте, воспроизводимый с помощью имитационного моделирования; FЭ – преобразователь, воспроизводящий зависимость измеряемой величины от входного воздействия λ = F(γ).

Можно и представить выражения (5) в виде схемы, при этом используется генератор случайных чисел (ГСЧ) в качестве формирователя значений имитационного сигнала (рис. 3).

pic_69_2.tif

а

pic_69_1.tif

б

Рис. 2. Схема, иллюстрирующая имитационно-экспериментальный метод для мини-ЭВМ: а – для сигнала γ1(t); б – для сигнала γ2(t)

Последовательность процедуры формирования оценки полных погрешностей записывается следующим образом:

muha10.wmf (3)

Согласно с (1) и (3) получим

muha11.wmf (4)

3. Реализация имитационного эксперимента на основании [4, 5].

Последовательность операций, представляющих процедуру имитации измерительного эксперимента, можно представить следующими выражениями:

muha12.wmf (5)

Здесь индекс им означает имитационное моделирование.

pic_70.tif

            а                                       б

Рис. 3. Принципиальная схема имитационного моделирования для мини-ЭВМ: а – для сигнала γ1(t); б – для сигнала γ2(t)

Последовательность выражений, представляющая процедуру формирования оценки погрешности muha13.wmf с помощью имитационного моделирования, имеет следующий вид:

muha14.wmf (6)

Из формул (5) и (6) получим

muha15.wmf (7)

Соответственные инструментальные погрешности:

muha16.wmf (8)

Оценку вероятностной характеристики muha17.wmf можно вычислить по формуле

muha18.wmf (9)

Достоверность оценки характеристики muha19.wmf [1]:

muha20.wmf (10)

где muha21.wmf и muha22.wmf – соответственно оценки полной и методической погрешности, получаемые с использованием адекватных моделей и идеальных преобразований; muha23.wmf – операторы идеального преобразования, лежащего в основе определения истинного значения вероятностной характеристики muha24.wmf и идеального усреднения.

Алгоритм имитационного моделирования для оперативных испытаний

На практике имитационное моделирование проводится программным методом с достаточно высокой скоростью. На основе принципиальной схемы имитационного моделирования (рис. 3) можем привести блок-схемы алгоритма, где n – количество попыток, достаточное для исследования метрологических характеристик данного элемента измерительной системы и заданное до начала работы программы (рис. 4).

pic_71.tif

                     а                                                         б

Рис. 4. Блок-схема алгоритма имитационного моделирования для мини-ЭВМ: а – для сигнала γ1(t); б – для сигнала γ2(t)

Все данные результатов измерений muha25.wmf, воспроизводимых с помощью имитационного моделирования, записываются в массив S, который в свою очередь позволяет осуществлять метрологический анализ в любом виде, например в виде графика, расчета и т.д.

Заключение

1. Приведена принципиальная реализация аттестации схемы испытания измерительной системы, осуществлено определение метрологических характеристик всех элементов данной системы.

2. Предложен алгоритм имитационного моделирования с выходом использования программного метода для проведения оперативных испытаний измерительных средств, встроенных в технологическое оборудование, и аттестации схемы испытания измерительной системы.

Рецензенты:

Полянчиков Ю.Н., д.т.н., профессор кафедры «Технология машиностроения», ВолгГТУ, г. Волгоград;

Труханов В.М., д.т.н., профессор кафедры «Автоматизация производственных процессов», ВолгГТУ, г. Волгоград.


Библиографическая ссылка

Муха Ю.П., Фам Хоанг Чунг ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ АТТЕСТАЦИИ СХЕМЫ ИСПЫТАНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 2-24. – С. 5351-5356;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=38348 (дата обращения: 12.12.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074