Главная Контакты Добавить в избранное Авторы Вопросы и ответы
,

 

 

 

УДК 681.2 : 621.317.33

ПРИНЦИП ПОБУДОВИ ЕЛЕМЕНТІВ

ВИМІРЮВАЛЬНИХ СИСТЕМ, ПРЕДСТАВЛЕНИХ

ЦИФРОВИМИ ПРОГРАМНО КЕРОВАНИМИ ВИМІРЮВАЧАМИ

В.С. Тверезовський, Р.В. Бараненко

Постановка проблеми

Розвиток методів і засобів вимірювання і контролю параметрів виробів є невід'ємною частиною науково-технічного прогресу. В даний час істотний вплив на методи побудови вимірювальних систем має впровадження інформаційних технологій, мікропроцесорних засобів для обробки результатів вимірювання, ЕОМ для керуваннями процесами вимірювання.

Однієї з основних задач при розробці вимірювальних систем є підвищення точності і збільшення діапазону роботи засобів вимірювання й контролю при масовому виробництві виробів радіоелектронної промисловості.

 

Аналіз останніх досліджень

На сьогоднішній день існує багато методів виміру індуктивності [1-4]. Однак вони мають істотні недоліки, що полягають як у недостатній точності і вузькому діапазоні вимірювання, так і відсутності в більшості випадків лінійної шкали виміру індуктивності. У [1,5,8] запропонований підхід до рішення задачі збільшення діапазону вимірювання і забезпечення лінійної шкали засобу вимірювання, що полягає у використанні резонансного методу з застосуванням керуючого варикапа. Вимірюючи параметри керуючого варикапа, можливо за допомогою нескладних перетворень визначити співвідношення для індуктивності, що залежить від ємності керуючого варикапа засобу вимірювання.

 

Мета статті

Метою даного методу є підвищення точності виміру індуктивності, збільшення діапазону вимірювання до високих частот і лінеаризація шкали засобу вимірювання.

 

Основний матеріал

З метою рішення поставленої задачі та усунення недоліків існуючих вимірювачів індуктивності [6,7], що полягають у неможливості автоматичного виміру індуктивності на високих частотах, обумовлених їхніми структурними особливостями, виникає задача створення резонансного програмно керованого вимірювача, структурні особливості якого усунули б існуючі недоліки. При цьому резонансна частота контуру вимірювання, що входить до складу вимірювача, повинна дорівнювати:

,

(1)

де  – індуктивність, що входить до складу контуру,  – ємність конденсатора в контурі.

Практичним рішенням цієї проблеми є створення цифрового резонансного вимірювача індуктивностей з лінійною шкалою вимірювання, функціональну схему якого приведено на рис.1.

Виконана лінеаризація шкали засобу вимірювання значно спрощує процес вимірювання і роботу із самим вимірювачем.

Рис. 1 Функціональна схема резонансного вимірювача індуктивності

До складу вимірювача входять [8]: контур вимірювання 1; високочастотний генератор 2; підсилювач змінної напруги 3; детектор 4; блок виділення екстремуму 5; схеми затримки 6, 7, 8; генератор імпульсів 9; лічильник імпульсів 10; програмовані запам’ятовуючі пристрої (ПЗП) 11, 12; регістр вихідний 13; цифро-аналоговий перетворювач (ЦАП) 14.

До складу контуру вимірювання входять: управляючий варикап 19; розділяючий конденсатор 18; індуктивність  15; контакти для досліджуваної індуктивності 17; перемичка 21; розділяючий резистор 20.Необхідно відзначити, що ємність конденсатора 18 значно більша ємності варикапа 19 і не впливає на роботу контуру. Досліджувана індуктивність позначена номером 16.

В ПЗП 11 попередньо необхідно занести коди, які перетворюються ЦАП 14 в напруги, що подаються через розділяючий резистор 20 на управляючий варикап 19, змінюючи його ємність. В ПЗП 12 попередньо заносяться коди, які відповідають значенням вимірювальної індуктивності. Адресні входи ПЗП 11 і 12 визначаються вихідними кодами лічильника імпульсів 10.

Схеми затримки призначені: схема 6 необхідна для затримки імпульсу, що поступає на вхід генератора імпульсів 9, на час, необхідний для установки лічильника імпульсів 10 в початковий стан імпульсом “пуск”; схема затримки 7 необхідна для затримки імпульсу на час, необхідний для проходження перехідних процесів лічильника імпульсів; схема затримки 8 необхідна для затримки вхідних імпульсів на час, необхідний для перехідних процесів лічильника імпульсів 10, ПЗП 14, контуру вимірювання 1, підсилювача змінної напруги 3, детектора 4 і блоку виділення екстремуму.

Резонансна частота  контуру вимірювання даного вимірювача дорівнює:

,

(2)

де  - частота генератора,  – вимірювана індуктивність,  – індуктивність 15,  – ємність варикапа 19 при цьому резонансі в контурі.

Використовуючи вольтфарадну характеристику управляючого варикапу 19 (див. рис.2) [1] і формулу 3, можна зробити шкалу вимірювання індуктивностей лінійною. Для цього необхідно, щоб коди, записані в ПЗП 11, які визначають значення ємностей управляючого варикапа 19, були такими, щоб сусідні значення , записані в ПЗП 12, відрізнялись між собою на однакові значення .

,

(3)

де  – максимальне значення ємності варикапа 19 на вибраній ділянці вольтфарадної характеристики.

Рис. 2 Вольтфарадна характеристика управляючого варикапу

Значення вимірюваної індуктивності можна знайти, використавши формулу 4.

.

(4)

Визначивши по фольтфарадним характеристикам варикапу 19 напруги зміщення, їхні коди заносяться в ПЗП11. Таким чином, вимірювана індуктивність визначається рівнянням:

.

(5)

Беручи до уваги фольтфарадну характеристику управляючого варикапу 19 (див. рис.2), звідки

,

(6)

можна одержати наступне рівняння для :

,

(7)

або

,

(8)

де , .

З рівняння (8)  по  дорівнює:

.

(9)

Таким чином, шкала вимірювання індуктивності являється лінійною з постійною чутливістю (див. рис.3 ).

Рис. 3 Шкала засобу вимірювання з постійною чутливістю

Алгоритм програмного керування цифровим вимірювачем індуктивності записується у вигляді:

1.                  Визначення резонансної частоти  генератора імпульсів 9.

2.                  Встановлення в лічильнику імпульсів 10 адресного одиничного коду.

3.                  Подання одиничного коду на вхід ПЗП11.

4.                  Зчитування коду з виходу ПЗП11 на вхід ЦАП14.

5.                  Встановлення ємності .

6.                  Обнуління лічильника імпульсів 10.

7.                  Запуск генератора імпульсів.

8.                  Зчитування коду з ПЗП11 за адресою в лічильнику 10.

9.                  Передавання коду до ЦАП14.

10.              Обчислення .

11.              Зменшення ємності управляючого варикапу 19 на .

12.              Обчислення .

13.              Якщо , то переходимо до шагу 7.

14.              Блокування генератора імпульсів 9.

15.              Зчитування коду з виходу лічильника імпульсів 10.

16.              Подання зчитаного коду до регістра вихідного 13.

17.              Обчислення .

Даний алгоритм складається з двох операцій: калібрування вимірювача (пункти 1-5) і вимірювання (пункти 6-17). Основним недоліком алгоритму є необхідність повторення операції калібрування деяке число раз, необхідне для вибірки середнього значення.

 

Висновки

В результаті даного аналізу реалізоване рішення проблеми цифрового виміру індуктивності у виді програмно керованого цифрового пристрою, забезпечена можливість автоматичного виміру індуктивності на високих частотах, зроблена лінеаризація шкали засобу вимірювання, досягнуте спрощення процесу вимірювання і розроблений алгоритм керування вимірювальним пристроєм.

 

In given article are considered an opportunity and aspects of construction of controlled gauges of a measuring type, are offered principle of construction of controlled digital measuring devices, algorithm of management and resonant measuring device of inductance circuit.

 

1.                  Винокуров В.И., Каплин С.И., Петелин И.Г. Электрорадиоизмерения: Учеб. пособие для радиотехнич. спец. вузов/ Под ред. В.И. Винокурова. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1986. – 351 с.: ил.

2.                  Орнатский П.П., Скрипник Ю.А., Скрипник В.И. Измерительные приборы периодического сравнения. –М.: Энергия, 1975, – 231с.

3.                  Авдеев Е.Я., Антонюк Б.М., Душин Е.М., Основы метрологии и электрические измерения: 6-е изд., пераб. и доп. –Л.: Энергоатомиздат, 1987. – 480с.

4.                  Скрипник Ю.А. Повышение точности измерительных устройств. –К.: 1990. –264с.

5.                  Деклараційний патент на винахід № 48854 А, «Резонансний вимірювач ємності». Автори: В.Є. Ходаков, В.С. Тверезовський, Є.А. Дроздова. 6 G01R29/24. Опубл. 15.08.2002, Бюл. № 8.

6.                  П.П.Орнатский Автоматические измерения и приборы. – К.: Вища школа, 1986 – с.500, мал.9.12в

7.                  Винокуров В.И., Каплин С.И., Петелин Н.Г. Электрорадиоизмерения. – М.: Высшая школа, 1986 – с.350, с.264, мал.13.10 а, б.

8.                  Деклараційний патент на винахід № 50652 А, «Резонансний вимірювач індуктивності». Автори: В.Є. Ходаков, В.С. Тверезовський, Є.А. Дроздова, Р.В. Бараненко. 7 G01R27/26. Опубл. 15.10.2002, Бюл. № 10.

 





Ответы на вопросы [_Задать вопроос_]

Современные технические средства, комплексы и системы

Краснов В.А., Прохорович А.В., Шутов С.В., Деменский А.Н. Анализ флуктуаций размера растущего кристалла (на примере легированных монокристаллов кремния, вытягиваемых из расплава по методу Чохральского)

Завальнюк И.П. Управление высокопроизводительной экструзией неоднородных материалов

Долина В.Г., Писаренко А.В. Синтез складної багатовимірної системи управління випарною станцією на основі рефрактометричних вимірювань

Стопакевич А.А., Тодорцев Ю.К. Анализ современного состояния систем управления брагоректификационными установками спиртового производства

Поливода В.В. Современные компьютерные технологии в АСУ на хлебоприёмном предприятии

Ладанюк А.П., Українець А.І., Кишенько В.Д. Управління автоматизованими технологічними комплексами харчових виробництв на основі сценарного підходу

Ковриго Ю.М., Фоменко Б.В. Врахування обмежень для підвищення якості функціонування систем регулювання енергоблоків ТЕС і АЕС

Евдокимов А.В., Китаев А.В., Агбомассу В.Л. Исследование причин, определяющих вращение рамки с током в магнитном поле после воздействия на нее внешнего импульса

Аппазов Э.С. Применение твердых растворов InGaN в фотовольтаике

Кузнєцов Ю.М., Дмитрієв Д.О. Програмно математичний апарат керування виконавчим органом багатокоординатних верстатів нових компоновок

Черевко О.И., Ефремов Ю.И., Одарченко А.М., Одарченко Д.М, Агафонова Ю.Ю. Теоретическое обоснование перспективного биконического резонатора для СВЧ-устройств при переработке растительного сырья

Хобин В.А. Бабиков А.Ю. Системы экстремального управления молотковыми дробилками с функцией гарантированного соблюдения тепловых режимов их электродвигателей.

Стадниченко В.Н. Исследование влияния изменения эксплуатационных нагрузок на свойства металлокерамических слоёв полученных с использованием трибовосстанавливающих составов

Ісаєв Е.А., Наговський Д.А., Чернецька І.Е. До вибору факторів, що характеризують окомкування тонкоподрібнених залізорудних матеріалів

Федоровский К.Ю., Лунев А.А. Теплоотдача погружного пластинчатого теплообменника системы охлаждения энергоустановок морских технических средств

Федоровский К.Ю., Владецкий Д.О. Интенсификация теплоотвода замкнутых систем охлаждения энергоустановок морских технических средств.

Пономарьов Я.Ю., Ладанюк А.П., Іващук В.В. Досвід використання нечітких регуляторів в системі атоматизації випарної установки.

Левченко А.А., Кравчук О.И. Эквивалентный макромодуль процесса технического обслуживания радиотехнических средств.

Іволгіна Т.О. Енергетичний підхід до аналізу стійкості руху вимірювальної головки координатно-вимірювальної машини

Ладанюк А.П., Кишенько В.Д., Ладанюк О.А. Системна задача управління біотехнологічними процесами.

Тернова Т.І. Алгоритм оцінювання деформацій рапорту періодичних об'єктів

Рожков С.А., Федотова О.Н. Алгоритм обучения системы распознавания автоматической системы разбраковки тканей

Пупена О.М, Ельперін І.В, Ладанюк А.П. Особливості проектування комп’ютерно-інтегрованих систем управління

Квасніков В.П., Кочеткова О.В. Проектування координатно–вимірювальної машини на нейронних мережах

Водічев В.А., Мухаммед М.А. Дослідження системи стабілізації потужності різання металообробного верстата з фази-регулятором

Шутов С.В., Аппазов Э.С., Марончук А.И., Самойлов Н.А. Методика испытания термофотовольтаических преобразователей

Хобин В.А. Повышение качества формирования смесей средствами интеллектуализации алгоритмов управления порционным дозированием

Терновая Т.И. Автоматическая система разбраковки тканей с печатным рисунком методом компенсации информационных потоков

Рожков С.А., Бражник Д.А. Использование нейросетевых структур для построения систем распознавания образов

Місюра М.Д., Кишенько В.Д. Математичні моделі технологічних процесів пивоварного виробництва як об’єктів автоматизації

Ладанюк А.П., Власенко Л.О. Автоматизоване управління бізнес-процесами в комп’ютерно-інтегрованих структурах підприємства

Жукова Н.В., Литвинов В.І. Вирішення проблеми погодженого руху валків з неоднаковими катаючими діаметрами профілезгинальних станів

Денисова А.Е., Тодорцев Ю.К., Максименко И.Н. К вопросу об автоматизации интегрированной установки теплоснабжения с возобновляемыми источниками энергии

Бессараб В.И. Компьютеризированная система управления водоотливным хозяйством угольных шахт по критерию минимума энергозатрат

Хобин В.А. Регулятор переменной структуры для объектов технологического типа

Тонконогий В.М. Трехконтурная АСУ нанесением ионно-плазменного покрытия на режущий инструмент.

Колесникова Е.В., Кострова Г.В. Формирование базы данных АСУТП дуговой сталеплавильной печи.

Водічев В.А. Автоматизована система керування швидкостями робочих рухів то-карного верстата для підвищення ефективності обробки торцевих поверхонь.

Бергер Е.Г., Дмитрієв Д.О., Бергер Є.Е., Діневич Г.Ю. Синтез строфоїдографів за методом параметричних сімей.

Бабак В.П., В.Н. Стадніченко, О.Г. Приймаков Прогнозування надійності, дов-говічності та витривалості авіаційних матеріалів

Бабак В.П., Стадниченко В.Н., Приймаков О.Г., Токарчук В.В. Прогнозування витривалості авіаційних матеріалів .

Куцак Р.С. Використання методу координатного еталону в задачах автоматизації контролю якості тканини.

Попруга А.Г. Усовершенствование электрических нагревателей по критерию экономии энергии.

Пашковский А.А., Далечин А.Ю. Система регистрации спектров фотолюминес-ценции

Никольский В.В., Цюпко Ю.М. Применение пьезоэлектрических датчиков в сис-теме кондиционирования воздуха судовых систем микроклимата.

Крапивко Г.И., Хлопёнова И.А. Повышение коэффициента полезного действия кремниевых фотоэлектронных преобразователей методом лазерной гравировки.

Кихтенко Д.А. Управление шаговыми двигателями в микрошаговом режиме, оп-тимизация управления.

Горохов В.А. Автоматизированная транспортно-складская система в текстильной и легкой промышленности.

Водічев В.А. Система стабілізації потужності різання фрезерного верстата з взаємозв'язаним керуванням швидкостями робочих рухів.

Шутов С.В., Аппазов Э.С., Марончук А.И. Испытание фотоэлектрических преобразователей в условиях экстремальных температурных колебаний.

Худяев А.А. К проблеме повышения точности воспроизведенияв классе многоканальных воспроизводящих систем с эталонной настройкой каналов.

Никольский В.В., Сандлер А.К. Моделирование процессов в вискозиметре с пьезоэлектрическим приводом.

Марончук И.Е., Андронова Е.В., Баганов Е.А., Курак В.В. Использование метода импульсного охлаждения насыщенного раствора-расплава для формирования наноразмерных структур InSb в матрице GaSb.

Водічев В.А. Аналого-цифровий регулятор режиму металообробки для верстатів з числовим програмним керуванням.

Блинов Э.И., Кравцов В.И., Кравцов А.В., Недбайло А.Н. Управление гибкими протяженными объектами направленными силовыми воздействиями.