Способ градуировки измерительных каналов тензометрических систем

 

Изобретение относится к измерительной технике и имеет целью повышение точности градуировки измерительных каналов многоканальных тензометрических систем. Способ градуировки заключается в формировании на входах этих каналов штатных и дополнительных образцовых сигналов, которые соответствуют заданным точкам диапазона измерений, и последующей регистрации величин сигналов на выходах этих каналов в соответствующих точках. Приведены математические возражения для определения образцовых уровней сигналов в расчетных точках. 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при метрологической аттестации и поверках измерительных каналов тензометрических систем в условиях, когда случайная составляющая погрешности образцового средства измерений соизмерима со случайной составляющей погрешности определения центров группирования (среднего арифметического) результатов измерений в точках диапазона измерений такой системы либо превышает эту составляющую.

Технологическая подготовка многоканальной измерительной системы к тензометрированию, в частности при прочностных испытаниях натурных конструкций, включает в себя градуировку всех каналов этой системы с целью определения их метрологических характеристик. Прочностные испытания связаны с большими материальными затратами, поэтому высоки требования к точности и достоверности результатов измерений.

Известен способ градуировки тензометрических измерительных систем, в котором тензорезисторный преобразователь, стоящий на входе измерительной системы, подвергают воздействию образцового уровня измеряемого физического параметра с помощью образцового средства измерений, при этом создают уровни физического параметра, соответствующие заданным точкам диапазона измерений, регистрируют значения сигналов на выходе системы, а значения физического параметра на входе системы при выполнении последующей обработки результатов измерений принимают известными априори [1] .

Однако при этом способе требуется ряд образцовых средств измерений, воспроизводящих измеряемый физический параметр: перемещение, давление и т. д. , для измерения которых предназначены тензорезисторные преобразователи измерительной системы, отсутствует возможность выполнения градуировки всех каналов системы в короткое время, а это приводит к значительным затратам материальных средств и времени на градуировку системы, снижает точность ее выполнения.

Известен также способ градуировки измерительных каналов тензометрических систем, принятый за прототип, по которому сигналы с образцового средства измерений подают параллельно на входы однотипных каналов измерительной системы, создают уровни сигналов, соответствующие заданным точкам диапазона измерений, регистрируют значения сигналов на выходе системы, а значения сигналов на входах системы при последующей обработке результатов измерений принимают известными априори [2] .

Однако при использовании указанного способа случайная составляющая погрешности образцового средства измерений σ_б оказывается соизмеримой, а иногда даже и превышает случайную составляющую погрешности определения центров группирования результатов измерений в точках диапазона измерений, выражающуюся формулой σ= / , где σ - ожидаемая случайная составляющая погрешности исследуемой измерительной системы, n - количество однотипных каналов в группе (например, n = 64); K - количество повторений измерений в точке диапазона измерений (например, K = 20), а это приводит к тому, что на результаты последующей обработки влияет случайная составляющая погрешности образцового средства, т. е. снижается точность выполнения градуировки.

Целью изобретения является повышение точности выполнения градуировки группы однотипных каналов измерительной системы путем уменьшения влияния случайной составляющей погрешности образцового средства измерений.

Это достигается тем, что в способе градуировки измерительных каналов тензометрических систем, заключающемся в формировании на входах этих каналов образцовых уровней сигналов, которые соответствуют заданным точкам диапазона измерений, и регистрации величин сигналов на выходах этих каналов в соответствующих точках, создают на входах каналов дополнительные образцовые уровни сигналов, которые соответствуют добавочным точкам на краях диапазона измерений, регистрируют соответствующие величины на выходах каналов в этих точках, а образцовые уровни сигналов, соответствующие заданным точкам i= диапазона измерений, определяют по формуле: = x_i-y_--2y_i+y₊)/3(+κ), где ] /2y^тx x_i - заданный в i-ой точке образцовый уровень сигнала; y_i - центр группирования зарегистрированных величин на выходах, соответствующий i-ой точке диапазона измерений; x_-, x₊ - образцовые уровни сигнала и y_-, y₊ - центры группирования зарегистрированных величин, соответствующие точкам диапазона измерений, расположенным на одинаковом расстоянии слева и справа от i-ой точки, κ= σ²/σ_б² - отношение дисперсии центров группирования зарегистрированных величин к дисперсии образцового средства измерений; т - операция транспонирования.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для осуществления данного способа; на фиг. 2 - варианты размещения добавочных точек на краях диапазона измерений тензометрической системы; на фиг. 3 - полученные расчетным путем данные, подтверждающие достоверность и эффективность результатов опытной проверки данного способа.

Устройство для осуществления способа градуировки измерительных каналов тензометрических систем содержит штатное образцовое средство 1 измерений, многоканальное измерительное устройство 2, регистрирующее устройство 3, которые являются штатными узлами тензометрической системы, и добавочное образцовое средство 4 измерений, погрешность которого не хуже погрешности штатного образцового средства.

Способ градуировки измерительных каналов тензометрических систем реализуется следующим образом.

С помощью добавочного образцового средства 4 и с помощью штатного образцового средства 1 подают сигналы на входы измерительного устройства 2, создают уровни этих сигналов, соответствующие добавочным и штатным (заданным) точкам диапазона измерений, приближаясь к каждой точке сначала с одного края диапазона измерений (прямой ход), а затем - с другого края (обратный ход), регистрируют с помощью регистрирующего устройства 3 сигналы на выходе системы, соответствующие добавочным и штатным точкам диапазона измерений. Повторяя многократно эту процедуру, получают информацию, необходимую для оценки метрологических характеристик многоканального измерительного устpойства 2. При этом значения сигналов на входах многоканального измерительного устройства 2, соответствующие заданным точкам диапазона измерений, определяют по приведенной формуле.

Сведения для расчета параметров устройств, входящих в схему реализации способа, следующие.

Методы расчета образцовых средств измерений, независимо от того, штатные ли они или добавочные, известны [2] .

Однако при расчете важно знать, как размещать добавочные точки на краях диапазона L измерений тензометрической системы. Возможные варианты размещения добавочных точек, которые обозначены окружностями, в отличие от штатных точек, обозначенных сплошными кружками, следующие: шаг Δ _ш размещения штатных точек оставляют неизменным, а добавочные точки размещают на одинаковом расстоянии Δ_∂ слева и справа от крайних штатных точек; шаг Δ_ш размещения всех штатных точек, кроме крайних, оставляют неизменным, крайние точки размещают на расстоянии Δ_ш^*= Δ_ш-Δ_∂от своих смежных штатных точек, а добавочные точки - на одинаковом расстоянии Δ_∂ слева и справа от крайних штатных точек; шаг Δ _шразмещения штатных точек уменьшают до Δ_ш^*= Δ_∂ , в итоге смежные штатные и добавочные точки отстоят одна от другой на одинаковых расстояниях.

Таким образом, в данном способе на входе измерительной системы создают условия, при которых повышают точность градуировки однотипных измерительных каналов, даже таких, которые имеют нелинейную функцию преобразования. В этих условиях для определения на входе системы значений сигналов, соответствующих заданным точкам диапазона измерений, используют величины сигналов, зарегистрированные на выходах однотипных каналов, имеющих линейную функцию преобразования. На входы этих каналов подают сигналы с добавочного и штатного образцовых средств измерений одновременно с подачей сигналов на входы однотипных каналов, имеющих нелинейную функцию преобразования. Например, разница в известных априори уровнях сигнала на входе измерительной системы и вычисленных по формуле может быть соизмерима со случайной составляющей погрешности образцового средства измерений. За счет этого повышается и точность оценки метрологических характеристик измерительных каналов системы.

Результаты опытной проверки, полученные расчетным путем, представлены на фиг. 3. Пунктирная прямая соответствует известному способу, сплошная прямая - данному способу. Штрихпунктирная кривая демонстрирует возможности современных методов математической статистики в условиях, когда добавочные точки в диапазоне измерений отсутствуют. При градуировке тензометрической системы по известному способу случайная погрешность образцового средства измерений составила величину 0,002% , по данному способу - 0,0004% , т. е. точность выполнения градуировки за счет уменьшения влияния случайной погрешности образцового средства измерений существенно повысилась. (56) Авторское свидетельство СССР N 1352189, кл. G 01 B 7/18, 1984.

Труды ЦАГИ, выпуск 2105, с. 61-76, 1981.

Формула изобретения

СПОСОБ ГРАДУИРОВКИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ КАНАЛОВ ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ, заключающийся в формировании на входах этих каналов образцовых уровней сигналов, которые соответствуют заданным точкам диапазона измерений, и регистрации величин сигналов на выходах этих каналов в соответствующих точках, отличающийся тем, что, с целью повышения точности градуировки, создают на входах каналов дополнительные образцовые уровни сигналов, которые соответствуют добавочным точкам на краях диапазона измерений, регистрируют соответствующие величины на выходах каналов в этих точках, а образцовые уровни сигналов, соответствующие заданным точкам i= диапазона измерений, определяют по формуле = x_i-y_--2y_i+y₊)/3(+κ) где = [y^тy-κx^тx+] /2y^тx y= -1/3 , x= , x_i - заданный в i-й точке образцовый уровень сигнала; y_i - центр группирования зарегистрированных величин на выходах, соответствующий i-й точке диапазона измерений; x_-, x₊, y_-, y₊ - образцовые уровни сигнала и центры группирования зарегистрированных величин, соответствующие точкам диапазона измерений, расположенным на одинаковом расстоянии слева и справа от i-й точки, соответственно;
κ= - отношение дисперсии центров группирования зарегистрированных величин к дисперсии образцового средства измерений;
T - операция транспонирования.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3