3. Метрологічне забезпечення удосконаленого вузла динамометрування

1. Методи компенсації похибок давача переміщення

Похибка поперечної чутливості акселерометра, при визначенні сумарної похибки акселерометра, приймемо рівною нулю, так як в нашому випадку на акселерометр не діють ніякі поперечні сили.

Нелінійність акселерометра змінюється від екземпляра до екземпляра виробу, її максимальне значення становить 2,5% (типове значення нелінійності становить 0,5%).

Знайдемо середньоквадратичне значення сумарної похибки акселерометра:

 

Отримане значення похибки дуже велике, тому в будь-якому випадку необхідно розглянути методи компенсації похибок акселерометра. При

цьому кожну складову повної похибки акселерометра необхідно розглядати окремо, оскільки різні види похибок акселерометра залежать від різних факторів, отже, для їх усунення необхідно використовувати різні методи.

Методи компенсації похибок акселерометра

Поперечна чутливість акселерометра

Похибка, обумовлена ​​поперечної чутливістю акселерометра, в нашому випадку враховуватися не буде, оскільки на акселерометр не діють ніякі поперечні сили (прискорення, яке відчуває акселерометр при переміщенні полірованого штока насосної установки, діє тільки уздовж осі чутливості акселерометра).

Зсув нуля і температурний дрейф нуля акселерометра

Похибки зсуву нуля і температурного дрейфу нуля акселерометра змінюються в часі дуже повільно і їх можна вважати постійними величинами протягом одного періоду гойдання насосної установки. Таким чином, ці похибки є систематичною складовою похибки акселерометра.

У свою чергу, в законі прискорення полірованого штока відсутня постійна складова. Звідси випливає, що сумарна дія постійних похибок акселерометра досить легко можна усунути програмним шляхом, для цього достатньо видалити постійну складову з сигналу прискорення.

Постійна складова сигналу прискорення визначається як середнє значення сигналу прискорення за один період. Видалити постійну складову з сигналу прискорення можна шляхом вирахування з виміряних значень прискорення.

У разі використання даного методу відбувається практично повна компенсація систематичних складових похибок акселерометра, а точність компенсації в цьому випадку буде визначатися лише величиною шумів сигналу прискорення, усередненої протягом одного періоду.

Температурний дрейф коефіцієнта чутливості акселерометра

Температурний дрейф коефіцієнта чутливості акселерометра становить 0,2% від величини виміряного прискорення (переміщення). Таким чином, при довжині ходу полірованого штока 2м, максимальне значення цієї похибки складе величину

 

Отримане значення похибки дуже мале, тому немає необхідності використовувати які-небудь методи її компенсації.

Нелінійність акселерометра

Максимальне значення нелінійності акселерометра становить 2,5% від повної шкали.

Оскільки у нашому випадку буде використовуватися тільки невелика частина вимірювального діапазону акселерометра, можна знизити похибку нелінійності акселерометра шляхом калібрування шкали акселерометра в меншому діапазоні вимірюваних прискорень.

Сутність такого налаштування полягає у визначенні значення коефіцієнта чутливості акселерометра, який відповідає зменшеному діапазону вимірюваних прискорень (рис.3.1). При цьому коефіцієнт чутливості акселерометра визначається наступною формулою:

 

де k - коефіцієнт чутливості акселерометра;

Umax - напруга на виході акселерометра при максимальному значенні прискорення зменшеного діапазону вимірювань, В;

Uo - напруга на виході акселерометра при нульовому прискоренні, В;

• - довжина зменшеного діапазону прискорення, м / с².

Рисунок 3.1 - Метод лінеаризації вимірювальної шкали акселерометра в зменшеному діапазоні вимірюваних прискорень

При використанні даного методу похибка нелінійності знижується приблизно в

де а1тах - максимальне прискорення повного діапазону прискорень, м / с²;

 а2тах - максимальне прискорення зменшеного діапазону, м / с².

Розглянемо можливість застосування даного способу зниження похибки нелінійності акселерометра в нашому випадку (у разі застосування акселерометра як чутливий елемент давача параметрів руху штока установки ШГН). Визначимо максимальне значення прискорення, яке може відчувати акселерометр при русі штока (довжина ходу штока 0,5 м, вчиняється 12 хитань на хвилину):

 

де a_max - максимальне прискорення, м / с²;

ω _max- максимальне значення кутової частоти хитань верстата-качалки,

рад / с;

f_max- максимальне значення частоти хитань верстата-качалки, хит. ​​/ хв;

l- довжина ходу верстата-качалки, відповідна максимальному прискоренню,

м.

Таким чином, у разі налаштування вимірювальної шкали акселерометра під зменшений діапазон вимірюваних прискорень (± 0,08 м / с²), похибка

нелінійності вимірювальної шкали акселерометра знизиться в

і складе величину

Результати компенсації похибок акселерометра

Як показав проведений аналіз, з усіх похибок залишаються лише температурний дрейф чутливості, рівний 0,2% і нелінійність, яка складає 0,125% в діапазоні діючих в установці ШГН прискорень. Тоді їх середньоквадратичне значення складе:

 

Таким чином, в ході аналізу похибок акселерометра з'ясувалося, що сумарну величину похибки акселерометра можна знизити з 11,93% до 0,24%, використовуючи при цьому тільки програмні засоби компенсації похибок: компенсація похибок зміщення нуля і температурного дрейфу нуля здійснюється методом видалення систематичної складової з сигналу прискорення; компенсація похибки нелінійності і похибки зсуву коефіцієнта чутливості акселерометра здійснюється методом калібрування акселерометра в зменшеному діапазоні вимірюваних прискорень.