Методические указания к лабораторной работе 5.2.1
"Идентификация измерительного канала ИИС (с преобразователем
ПТ-ТП-68, с ИРТ 1730У) в динамическом режиме"
2012-2013 Учебный год
(весенний семестр 23.01.13)
Нормативные ссылки
В методических указаниях к лабораторной работе использованы ссылки на следующие нормативные документы:
ГОСТ Р 8.585-2001 ГСИ. Термопары. Номинальные статические характеристики преобразования.
ГОСТ 2.301-68 ЕСКД. Форматы.
ГОСТ 12.2.007.0-75 ССБТ. Изделия электротехнические. Общие требования безопасности.
ГОСТ 12.2.007.6-75 ССБТ. Аппараты электрические коммутационные на напряжение до 1000 В. Требования безопасности.
ГОСТ 12.2.007.14-75 ССБТ. Кабели и кабельная арматура. Требования безопасности.
ГОСТ Р 21.1101-2009 СПДС. Основные требования к проектной и рабочей документации.
ГОСТ 26.011-80 Средства измерений и автоматизации. Сигналы тока и напряжения электрические непрерывные входные и выходные.
ГОСТ 6616-74 Преобразователи термоэлектрические ГСП. Общие технические условия.
ГОСТ 13384-81 Преобразователи измерительные для термоэлектрических преобразователей и термопреобразователей сопротивления ГСП. Общие технические условия.
РМГ 29-99 ГСИ. Метрология. Термины и определения.
1 Цели работы
Изучение экспериментального метода идентификации, основанного на использовании кривой разгона.
Изучение методики обработки экспериментальных данных в целях определения параметров математической модели динамики измерительного канала (ИК) измерительной информационной системы (ИИС).
2 Общие сведения
Математическая модель – это система математических соотношений, описывающих изучаемый процесс или объект.
Процедура составления математический модели и ее исследование называется математическим моделированием. В основу математического моделирования положена идентичность формы уравнений и однозначность соотношений между переменными в уравнениях оригинала (объекта исследования) и модели (реализуемой на ЭВМ).
Идентификация объекта исследования – процедура построения математической модели объекта по реализациям его входных и выходных сигналов.
По способу получения экспериментальных данных об объекте различают методы активного и пассивного эксперимента. При активном эксперименте на вход объекта подается заранее выбранное воздействие (ступенчатое, импульсное, гармоническое, псевдослучайное и т.д.), а при пассивном эксперименте используются данные, полученные в процессе нормального функционирования объекта.
При параметрической идентификации заранее известна структура математической модели объекта, а задачей идентификации является количественная оценка параметров модели.
В лабораторной работе проводится параметрическая идентификация измерительного канала измерительной информационной системы в целях определения значений параметров математической модели динамики. Математическая модель динамики – это зависимость выходной величины от времени при определенном законе изменения входной величины.
Измерительный канал (ИК) измерительной информационной системы (ИИС) по РМГ 29 представляет собой совокупность средств измерений, обеспечивающую передачу сигнала измерительной информации на вход вычислительного комплекса.
ИК включает в себя датчик – термоэлектрический преобразователь типа ТХК-0515 по ГОСТ 6616, нормирующий преобразователь типа ПТ-ТП-68 по ГОСТ 13384 и вторичный цифровой прибор - измеритель-регулятор микропроцессорный типа ИРТ 1730У [ 1 ].
Термоэлектрический преобразователь ТХК-0515 содержит термопару типа L с номинальной статической характеристикой (НСХ) по ГОСТ Р 8.585. Табличная форма НСХ термопары типа L приведена в приложении А.
Нормирующий преобразователь типа ПТ-ТП-68 имеет диапазон измерений: по температуре от 0 до 300 оС, по напряжению - от 0 до 22,843 мВ. Выходной унифицированный сигнал нормирующего преобразователя изменяется в диапазоне от 0 до 5 мА по ГОСТ 26.011.
Измеритель-регулятор микропроцессорный типа ИРТ 1730У в комплекте с различными первичными преобразователями предназначен для измерений физических величин, преобразованных в электрические унифицированные сигналы постоянного тока, отображения измеренного значения на цифровом индикаторе, а также для работы в сети, организованной по стандарту RS-232. В лабораторной работе он используется как миллиамперметр постоянного тока с диапазоном измерений от 0 до 5 мА и классом точности 0,2. Прибор имеет встроенное регулирующее устройство.
Задачей параметрической идентификации является экспериментальное определение параметров математической модели динамики измерительного канала, представленной в виде дифференциального уравнения. Математическим обеспечением является метод площадей, основанный на использовании кривой разгона.
В лабораторной работе рассматривается методика обработки кривой разгона, т.е. полученной экспериментально характеристики изменения во времени выходной величины ИК (показаний прибора) при ступенчатом изменении его входной величины (температуры). В процессе обработки кривая разгона по определенному правилу заменяется мало отличающейся от нее переходной характеристикой, которая, в свою очередь, является решением некоторого дифференциального уравнения. Такая операция называется аппроксимацией кривой разгона. Можно считать, что это дифференциальное уравнение является адекватной математической моделью динамики ИК, если максимальное отклонение аппроксимирующей переходной характеристики от кривой разгона не превышает 5 % от нового установившегося значения (максимального отклонения от начального значения) выходной величины.
Доказано, что в качестве математических моделей динамики средств измерений могут быть приняты линейные дифференциальные неоднородные уравнения с постоянными коэффициентами [ 2 ]. В частности, динамические свойства измерительного канала описываются дифференциальным уравнением второго порядка
(1)
где T22 - постоянная времени, с2;
T1 - постоянная времени, с;
К - коэффициент передачи, мА/ оС;
N(t) - временная функция изменения показаний вторичного прибора (выходной величины), мА;
(t) - временная функция изменения температуры (входной величины), оС.