16 октября 2016г.
При проектировании средств измерений (СИ) основной задачей является обеспечение заданных метрологических характеристик (МХ). Важнейшей МХ является основная погрешность СИ.
Существует два подхода к нормированию основной погрешности [1].
1. Задание ее предельных значений основной погрешности для типа СИ в случае, когда случайная составляющая погрешности пренебрежимо мала.
2. Задание вероятностных свойств погрешности с учетом отдельного нормирования систематической и случайной составляющих погрешности.
При втором подходе нормируются следующие МХ:
· предел систематической составляющей погрешности типа СИ, определяемый как максимум из пределов систематических составляющих погрешностей отдельных СИ на множестве СИ данного типа;
· предел среднего квадратического отклонения случайной составляющей погрешности типа СИ.
При проектировании СИ решается задача определения требований к характеристикам узлов СИ с целью обеспечения заданных характеристик основной погрешности СИ. С учетом большого числа и вероятностной природы факторов, определяющих погрешность СИ, решение этой задачи аналитическим путем представляет трудности. В качестве альтернативного варианта решения указанной задачи может быть использовано имитационное моделирование.
Применение имитационного моделирования СИ позволяет:
· оценить влияние параметров и характеристик отдельных узлов и комплектующих на основную погрешность;
· определить статистические характеристики погрешности СИ;
· определить требования к параметрам и характеристикам узлов;
· выбрать комплектующие, минимизирующие погрешность СИ.
Поскольку имитационное моделирование рассматривается как виртуальный эксперимент с математической моделью СИ [2], сравним натурный эксперимент и имитационное моделирование при оценке МХ СИ.
При оценке МХ СИ путем натурного эксперимента проводятся многократные измерения для конкретного экземпляра СИ данного типа в различных точках диапазона и определяются МХ экземпляра. Процедура повторяется для других экземпляров и определяются МХ на множестве экземпляров типа СИ.
При имитационном моделировании СИ необходимо:
1. Разработать математическую модель основной погрешности СИ c учетом погрешностей, вносимых комплектующими.
2. Задать вероятностные характеристики параметров комплектующих, влияющие на основную погрешность СИ, что позволит создать математическую модель типа СИ, а не конкретного экземпляра.
3. Провести “виртуальный эксперимент” с моделью СИ при представлении измеряемой величины случайной величиной с равномерным законом распределения в диапазоне измерения, что позволит оценить характеристики основной погрешности СИ в соответствии с [1] для всего диапазона измерений.
Для примера рассмотрим имитационное моделирование аналого-цифрового преобразователя “интервал времени-код” [3]. Эти преобразователи широко применяется в измерительной технике: цифровых хронометрах, универсальных частотомерах, время- импульсных вольтметрах, лазерных и акустических дальномерах.
Принцип работы преобразователя следующий. Длительность измеряемого интервала времени tx ограничивается “старт” и “стоп” импульсами, значение кода результата преобразования равно числу импульсов Nx стабильного периода T0, подсчитанных за интервал времени tx (рис. 1).
Структурная схема (рис. 2) состоит из триггера Тг, генератора импульсов стабильной частоты (ГИСЧ), схемы совпадения И, счетчика импульсов (СчИ).
Т.о.
имитационное моделирование является эффективным средством оценки МХ СИ и
позволяет найти оптимальные решения при
проектировании.
Список литературы
1. ГОСТ 8.009-84. “Нормируемые метрологические характеристики
средств
измерений”.
2.
Рыжиков Ю.И. Имитационное моделирование.
Теория и технологии
– СПБ, “Альтекс”, 2004.
3. Метрология, стандартизация, сертификация: учебник для высших учебных заведений / [Б.Я.Авдеев, В.В. Алексеев, Е.М. Антонюк и др.]; под ред. В.В. Алексеева. –М. “Академия”, 2007.
4. Альтшуллер Г.Б., Елфимов Н.Н.,
Шакулин
В.Г. Кварцевые генераторы. Справочное
пособие. – М. “Радио и
связь”, 1984.
