07 марта 2016г.
Сокращение времени измерения параметров емкостных датчиков (ЕД) обеспечивают методы, основанные на определении информативных параметров по мгновенным значениям переходных процессов в измерительной цепи (ИЦ) при подключении к ней напряжения постоянного тока [1].
При измерении параметров ЕД часто требуется определение не только информативного параметра, но и паразитных (неинформативных) параметров. При учете многоэлементной схемы замещения ЕД повышается точность определения информативных параметров [2].
Одним из неинформативных параметров ЕД является эквивалентное сопротивление, обусловленное потерями в изолирующем диэлектрике и сквозными токами утечки. Конечное значение данного сопротивления приводит к отклонению реального переходного процесса от используемой модели, что неизбежно вызывает дополнительную погрешность определения информативного параметра датчика.
В [3] предложен метод раздельного измерения параметров емкостных датчиков по мгновенным значениям двух переходных процессов, который исключает данный вид погрешности за счет возможности определения сопротивления изоляции и учета его значения для вычисления емкости датчика.
Метод заключается в том, что на ИЦ, состоящую из последовательно включенных образцового резистора R0, ЕД, имеющего емкость CX и сопротивление изоляции RХ, и второго образцового резистора с сопротивлением R0, подают напряжение постоянного тока U0; в произвольный момент времени t1 одновременно измеряют мгновенные значения переходных процессов на участке цепи, содержащем ЕД и второй образцовый резистор, и втором образцовом резисторе относительно общего вывода ИЦ; через образцовый интервал времени Dt измеряют мгновенное значение напряжения на том же участке цепи; через интервал времени Dt измеряют мгновенное значение напряжения на том же участке цепи относительно общего вывода и определяют неизвестное сопротивление RХ и емкость ЕД по измеренным значениям.
При подключении источника напряжения постоянного тока U0 к измерительной цепи напряжения на участке цепи, содержащем ЕД и второй образцовый резистор, и на втором образцовом резисторе относительно общего вывода ИЦ изменяются в соответствии с выражениями:
В состав СИ входят: источник
опорного напряжения постоянного тока ИН; аналоговый ключ КЛ; измерительная цепь ИЦ; два аналого-цифровых преобразователя АЦП1 и АЦП2 и контроллер КНТ с шинами управления ШУ и данных ШД.
При реализации метода в схеме замещения
ИЦ не было учтено конечное значение
входного сопротивления АЦП, осуществляющего преобразование мгновенных значений
переходных процессов в код. Наличие
данного сопротивления приводит к изменению
схемы замещения и отклонению использованной модели от реального переходного процесса.
С учетом входного
сопротивления АЦП RА постоянная времени ИЦ примет
вид
Проведем оценку
предельной погрешностей определения параметров ЕД, обусловленных конечным значением входного
сопротивления АЦП, используя методику, предложенную в [4]. Методика заключается в определении погрешности измерения параметра
как функции, аргументы
которой заданы приближенно с погрешностью, соответствующей отклонению модели от реального процесса в ИЦ ΔUmax.
В
[5] были приведены результаты анализа данного
вида погрешности при измерении емкости ЕД.
При определении сопротивления изоляции абсолютная погрешность измерения в соответствии с (1) будет равна
Тогда относительная погрешность измерения RХ с учетом (3) примет
вид
Анализ (4) показывает, что погрешность зависит
от следующих соотношений: между образцовым интервалом времени Δt и постоянной времени измерительной цепи τ; между сопротивлениями RХ и R0; между сопротивлениями RА и R0; между интервалом времени с момента начала переходного процесса в ИЦ до момента начала измерения t1 и постоянной времени τ.
На Рисунке
2 приведены графики зависимости погрешности δR от Δt/τ и RА/R0 при RХ/R0=100 и t1/τ=0,01.
Полученные результаты позволяют выбирать
параметры ИЦ и измерительного процесса в зависимости от требуемого времени
и точности измерений.
Список литературы
1.
Melentiev V.S. Approximation methods of measuring
the parameters of linear electric circuits // Measurement Techniques.
- 2011. – Vol. 53, I. 10. – P. 1169-1173.
2. Мелентьев В.С., Батищев В.И. Аппроксимационные методы и средства
измерения и контроля
параметров двухполюсных электрических цепей. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2012. – 200 с.
3.
Мелентьев В.С., Евстифеева Т.С., Левина К.Д. Метод раздельного определения параметров емкостных датчиков // Вестник Самарского государственного технического университета. Сер. Технические науки. - 2013. - № 1 (37). - С. 53-57.
4. Мелентьев В.С., Батищев В.И., Евстифеева Т.С., Левина К.Д. Исследование метода и средства
измерения параметров емкостных датчиков перемещения // Мехатроника, Автоматизация, Управление. – 2014. - №9. – С. 45 - 49.
5. Мелентьев В.С., Евстифеева Т.С., Левина К.Д. Оценка погрешности реализации метода раздельного определения параметров
емкостных датчиков // Южно-Сибирский научный вестник. – 2014. - №2(6). – С. 29-31.