Способ поверки измерительных приборов Советский патент 1987 года по МПК G01R35/00 

.

11

Изобретение относится к метрологии и преимущественно может быть использовано при метрологической поверке измерительных каналов информационно-измерительных систем (про- цессорных измерительных средств), а также для поверки иных типов средств измерений, особенно в случаях, когда воспроизведение образцовых сигналов в широком диапазоне значений пред- ставляет определенную сложность.

Целью изобретения является сокращение объема и упрощение процесса поверки .

Объем поверки характеризуется чис лом единиц физической величины, передаваемых (воспроизводимых) более точным средством (мерой, эталоном), а простота поверки - возможностями ее автоматизации и выполнения непосред- ственно на месте эксплуатации поверяемого устройства за сравнительно короткое время.

Реализация заявленного способа заключается в следующем. В основе поверки лежит метод сравнения результатов измерения меры с их известными значениями. Для осуществления поверки достаточно однозначной меры, значение которой выбирают из соображений удобства, простоты и достоверности или возможности реализации меры

Подключают однозначную меру к поверяемому прибору, ее измеряют и запоминают результат измерения.

Затем подключают к поверяемому , прибору испытательный сигнал. Начальное значение сигнала должно быть известным, например равным нулю. Начи

о

ная с этого известного значения X изменяют величину испытательного сигнала. Изменение сигнала проводят таким образом, чтобы обеспечить фиксацию результатов измерений, соответствующих разноотстоящим значениям ис пытательного сигнала. Конкретные примеры формирования таких равноотстоящих значений и соответствующих им измерений рассматриваются ниже и поясняются схемами подключения испытатель ного сигнала, изображенными на фиг.1 - 3.

Допустим, что равноотстоящие значения входного сигнала реализированы и получены соответствующие, им резуль

таты измерений X,, Х,. . .Х,Х,,

где п - количество приращений испытательного сигнала, необходимое для по„

fS

2902

5 О

.

35

25

30

45

-

40

50

„ 55

18 2

лучения результатов измерений во всем диапазоне показаний поверяемого устройства; К - порядковый номер приращения .

Форм1лрование равноотстоящих значений испытательного сигнала на входе должно быть осуществлено таким образом, чтобы любое последующее значение сигнала отличалось от предыдущего, включая и начальное значение Х, на одну и ту же величину. Существенным для реализации этого условия и всей поверки в целом является то,что при этих операциях с входным сигналом не требуется знания действительных значений сигнала или величины его приращения А.

В результате получают ряд результатов измерений испытательного сигнала

2 )с ПРезультат измерения однозначной меры Xjj получен ранее.

При совпадении одного из результатов измерения испытательного сигнала с результатом измерения меры Xg определяют действительное значение постоянного приращения А Х а (Х + КА)+ао Хд + а,

где а, 3(j - параметры линеаризованного участка реальной функции преобразования поверяемого устройства; Уд - начальное известное значение испытательного сигнала; 0 - действительное значение

меры;

К - порядковый номер приращения А входного сиг- нала. Тогда при Х Xg,

А - в . .

К

I

в более общем случае выбирают бли- жайщие к Хд по значению результаты измерения Х и Х,, . Достаточно строго можно считать и обеспечить соответствующую техническую реализацию (последнее подтверждается реализацией известных тестовых методов по- вьщ1ения точности измерений), что все три результата Х, Хд, Х„, принадлежат линейному участку функции преобразования с параметрами а и а (а - характеризует наклон линейного участка, а а - точку его пере312902

сечения с осью ординат). Тогда имеет место система уравнений

X, .,а,(Хй н- КА)+а„

XQ + ао

Хк4. 2,0+ КА)+а,А+а, 5 решение которой позволяет вычислить действительную величину приращения А испытательного сигнала:

X

K4-t

- X. а.А

XQ - X, (в- Х„ - КА)а, Определяют отношение второй разности к первой

а - х -КА „

Х,„ -X, А А Складывают полученный результат с порядковым номером К приращения испытательного сигнала

. д eix.

Х,„-Х, А V

Тогда погрешность измерительного устройства в К-й точке диапазона измерений (К - порядковый номер приращения испытательного сигнала) оцени- вают в виде

ЛК Х - КА.,

Рассмотрим реализацию операций подключения испытательного сигнала ко входу поверяемого устройства и формирования его равноотстоящих значений .

Один из способов заключается в то что равноотстоящие значения сигнала формируют путем последовательного сум мирования испытательного сигнала, подключенного ко входу поверяемого прибора, с сигналом, величину которого определяют блоком сравнения, например, средством измерений.

Для этого, например,(фиг.1), регулируемый испытательный сигнал через последовательно соединенные управляемый ключевой элемент 1, блок 2 сравнения и сумматор, подключается ко входу поверяемого прибора 3. На его входе при этом подано некоторое известное значение сигнала Х.

Блок 2 сравнения может быть средством измерения, индикаторным сред- ством или пороговым элементом, настроенным на некоторое заданное значение Х,,,. испытательного сигнала.

Изменяют значение сигнала X. В момент равенства X с некоторым задан- ным значением X ад (ад определяет количество поверяемых сечений диапазона измерений) отключают испытатель ньй сигнал X и подают сформиро ва|шре

184

приращение А в сумматор, которьй для данной схемы выполняет одновременно роль накопителя сигнала и обеспечивает его подключение не ко входу поверяемого прибора 3. На его выходе фиксируют результат измерения X i сиг нйла XQ + А, Повторяют указанную операцию до появления на выходе поверяемого прибора 3 результата измерения Х, близкого к предельному значению его диапазона. Проводят указанную ранее обработку результатов измерений испытательного сигнала X и однозначной меры 0 .

Операция подключения к поверяемому прибору 3 меры 6 на фиг.I и последующих фигурах не показана, так ка ее техническая реализация практически не отличается от аналогичной в известных способах и может выполняться в любой последовательности по отно- щению к другим операциям поверки.

Особенность сумматора как накопителя сигнала связана с видом сигнала X. Таким образом, схема, изображенная на фиг.1, наиболее удобна (упрощает поверку) некоторой группы измерительных устройств, для которых реализация целевых функций указанных ранее операций известными устройствами не представляет значительной сложности.

Формирование равноотстоящих значений испытательного сигнала осуществимо в тех случаях, когда вид сигнала не позволяет проводить простое (естественное) суммирование на входе поверяемого устройства или существующие сумматоры (накопители сигнала) могут повлиять на достоверность поверки.Последовательное суммирование исполнительного сигнала, например, электрического, подключенного ко входу поверяемого уст1эойства, с сигналом, величину которого определяют устройством сравнения, может осуществляться согласно схемы, изображенной на фиг. 2.

В этом случае испытательный сиг- нал Х| на входе поверяемого прибора

4получают в результате суммирования сигналов от управляемых источников

5и 6. Сигнал от источника 6 определяет начальное значение испытательного сигнала Х, которое может быть нулевым или совпадать с началом (концом) диапазона измерений прибора 4. Равные приращения А формируют посредством источника сигнала 5, блока 7 , сравнения и ключевого элемента 8. Блок 7 сравнения управляет изменением сигнала на выходе источника 5 и сравнивает его значение с заданной величиной приращения зад

Не имеет существенного значения реальная точность соответствия реа- лизованиого прирашения А заданному значению X,Q, . От указанных ранее уст, ме начального значения Х и предыдуройств и операций требуется лишь обеспечение условия равенства каждого последующего приращения А всем предыдущим, что для сравнительно короткого периода поверки может быть достигнуто за счет естественной стабильности параметров и характеристик источника 5 блока 7, Источник сигнала 5 и блок 7 сравнения можно заменить на источник постоянного сигнала Х,,. , который на период поверки обеспечивает некоторое неизвестное, но стабильное значение сигнала.

Управляемый ключевой элемент 8 реализует подключение приращения А к сумматору по определенному алгоритму. Последовательность операций для данного примера реализации (фиг.2) заключается в следующем.

Измерительный прибор 4 измеряет начальное значение испытательного сигнала, полученный результат фиксируется в блоке 9 управления, который открывает ключевой элемент 8, и тем самым обеспечивает подключение к сумматору приращения А. Начальное значение сигнала Х, от источника 6 суммируется с приращением А и одновременно воздействует на вход поверяемого прибора, на выходе которого получают результат измерения .У..

Этот результат запоминается в блоке 9 управления, который закрывает ключевой элемент 8 (отключает приращего приращения А. Последнее равенство обеспечивается достаточно строго, так как не зависит от метрологичес5 ких характеристик поверяемого прибора 4 и определяется стабильностью его коэффициента преобразования в одной и той же точке диапазона за ко-,- роткий промежуток времени между ука 0 занными ранее операциями.

Далее последовательность выполнения операций аналогична.

Суммирование сигнала от источника 6 может выполняться с отрицательным

5 значением приращения А, если начальное значение Х сигнала соответствует пр€ дельному значению диапазона показаний поверяемого прибора. Дейст20

вительное значение Х в зтом случае

25

30

может быть неизвестным, если установлено соответствие одного из результатов измерения нулевому значению сигнала от источника 6.

Возможно и дальнейшее упрощение предложенного способа поверки в части, касающейся формирования.равноотстоящих значений испытательного сигна ла, путем последовательного суммирования сигнала, подключенного ко входу поверяемого прибора, с равными : значениями приращений. Для этого величину приращения определяют непосредственно поверяемым прибором.

Б качестве примера приведена -схе- 35 ма поверки, изображенная на фиг.З. Для поверки измерительного прибора. 10 (фиг.З) используют два регулируемых источника 1 Г и 12 сигнала и два блока 13 и 14 управления, ключевые элементы 15 и 16. Формирование постоянных по величине приращений А осуществляется источником 12 сигнала, ключевым элементом 16, измерительным прибором 10 и блоком 14 управления.

40

щение А от сумматора) и подает коман- - регулирующим значения выходного сиг- ду на изменение сигнала от источника нала X от источника 12 сигнала. Для 6. Измеренные значения этого сигнала в блоке 9 управления сравниваются с предыдущим результатом Х измерения

суммарного значения сигнала X и приращения А. В момент равенства этих значений (по показаниям поверяемого прибора) блок 9 управл ения дает команды на прекращение изменения величины сигнала от источника 6 и на открытие ключевого элемента 8. Происходит суммирование приращения А и сигнала от источника 6, равного сум50

55

этого в блок 14 управления заносится значение постоянного приращения результата измерения . , соответствующего некоторой величине приращения сигнала А. Блок 14 управления

при закрытом элементе 15 и открытом 16 управляет изменением сигнала на выходе источника 12 до момента совпадения результата его измерения с заданной величиной Xgg . Затем по командам блока 14 управления, прекращается изменение сигнала от ис12902186

, ме начального значения Х и предыдущего приращения А. Последнее равенство обеспечивается достаточно строго, так как не зависит от метрологических характеристик поверяемого прибора 4 и определяется стабильностью его коэффициента преобразования в одной и той же точке диапазона за ко-,- роткий промежуток времени между указанными ранее операциями.

Далее последовательность выполнения операций аналогична.

Суммирование сигнала от источника 6 может выполняться с отрицательным

значением приращения А, если начальное значение Х сигнала соответствует пр€ дельному значению диапазона показаний поверяемого прибора. Дейст0

вительное значение Х в зтом случае

5

0

может быть неизвестным, если установлено соответствие одного из результатов измерения нулевому значению сигнала от источника 6.

Возможно и дальнейшее упрощение предложенного способа поверки в части, касающейся формирования.равноотстоящих значений испытательного сигнала, путем последовательного суммирования сигнала, подключенного ко входу поверяемого прибора, с равными : значениями приращений. Для этого величину приращения определяют непосредственно поверяемым прибором.

Б качестве примера приведена -схе- 5 ма поверки, изображенная на фиг.З. Для поверки измерительного прибора. 10 (фиг.З) используют два регулируемых источника 1 Г и 12 сигнала и два блока 13 и 14 управления, ключевые элементы 15 и 16. Формирование постоянных по величине приращений А осуществляется источником 12 сигнала, ключевым элементом 16, измерительным прибором 10 и блоком 14 управления.

0

- регулирующим значения выходного сиг- нала X от источника 12 сигнала. Для

50

55

этого в блок 14 управления заносится значение постоянного приращения результата измерения . , соответствующего некоторой величине приращения сигнала А. Блок 14 управления

при закрытом элементе 15 и открытом 16 управляет изменением сигнала на выходе источника 12 до момента совпадения результата его измерения с заданной величиной Xgg . Затем по командам блока 14 управления, прекращается изменение сигнала от ис

71

точника 12 и открывается ключевой элемент 15. На входе измерительного прибора 10 формируется -суммарная величина начального значения Х, сигна- ла от источника 11 и приращение А от источника 12.

Результат измерения этого суммарного значения поступает в блок 13 управления, который запоминает его и выдает команды на закрытие ключевого элемента 16 и изменение сигнала от источника 11. Этот сигнал непрерывно поступает на вход измерительного прибора 10 и результаты его измерения в блоке 13 управления сравниваются с зафиксированным ранее результатом измерения . В момент совпадения этих результатов измерения блок 13 управления выдает команды на прек- ращение изменения сигнала от источника 11, передачу управления блоку 14 для формирования приращения А и открытие ключевого элемента 16.

Блок 14 управления, регулируя из- менения сигнала от источника 12 по показаниям прибора 10, формирует сигнал приращения А. Затем выдает команду на источник 12, запрещающую изменение сигнала, и на открытие ключе- вого элемента 15. Таким образом на входе измерительного прибора 10 формируется новое значение испытательного сигнала, отличающееся от ранее запомненного в блоке }3 на постоянную величину. Результат измерения за- поминается и проводятся аналогичные операции по изменению сигнала от источника 11 до момента совпадения результата его измерения с -новым значением в памяти блока 13. Осуществляя таким образом последовательное суммирование сигналов от источника 11с приращением А от источника сигнала 12, формируют равноотстоящие значения сигналов на входе поверяемого прибора 10 во всем диапазоне его показаний . Операция подключения однозначной меры и измерение ее значения проводятся до или после проведения операций с испытательными сигналами.Результаты измерений обрабатывают по ранее указанному алгоритму.

Формирование на входе поверяемого прибора равноотстоящих значений испы- тательного сигнала возможно также другим способом. Для этого на вход поверяемого прибора подключают регулируемый источник сигнала и, начиная с не

5

2

5 .

0

0

188

которого известного значения, напри- . мер, нулевого равномерно увеличивают (уменьшают) величину сигнала. На выходе поверяемого прибора фиксируют результаты измерений в момент начала измерения сигнала и через равные промежутки времени.

В этом случае необходимы средство измерения времени и реализация вре-. менного согласования отсчета времени и начала изменения сигнала, что практически осуществимо для любой информационно-измерительной системы.

Способ поверки, основанный на формировании равноотстоящих значений испытательного сигнала на входе поверяемого прибора и измерении однозначной меры, реализуется также при подключении известного начального значения сигнала (например, электричес- . кого) через известные устройства деления сигналов, при этом не требуется более высокого (образцового) уровня точности делителей. Это связано с тем, что необходимо не определение действительного значения приращения сигнала, сформированного делителем, а лишь постоянство этих приращений для каждого последующего значения входного сигнала.

Аналогично формируются равноотстоящие значения испытательного сигнала умножением начального значения сигнала на определенные коэффициенты в масштабном усилителе. Операции обработки результатов измерений испытательных сигналов и сигнала, сформированного однозначной мерой, не отличаются от ранее рассмотренных ва-- риантов.

Положительный эффект предложенно- ; го способа поверки заключается в сокращении объема и упрощении процесса поверки. Объем поверки определяется в данном случае количеством сечений диапазона измерений поверяемого прибора, для которых воспроизводит-- ся образцовое значение сигнала. В предлагаемом способе оно минимально возможное. В аналогах и прототипе это количество полностью определяет достоверность результатов поверки и на практике зависит от конкретных типов средств измерений и диапазонов их измерений. Число поверяемых сечений и его связь с достоверностью характерны и для других способов поверки, за исключением ограниченной

912

группы средств измерений, для которых реализуются методы автономной поверки.

Формула изобретения

1, Способ поверки измерительных приборов, основанный на подключении к поверяемому прибору однозначной меры, измерении ее значения и фиксации полученного результата, о т л и ч а- ю щ и и с я тем, что, с целью сокращения объема и упрощения поверки начиная с некоторого известного, например , нулевого значения Х, на входе поверяемого прибО1ра формируют рав- ноотстояпре значения необразцового испытательного сигнала, фиксируют результаты их измерений, сравнивают эти результаты с результатом XQ .измере- ния однозначной меры 0 , выбирают ближайпше к нему результаты Х. и измерения испытательного сигнала , считая соответствующий им участок реальной функции преобразования поверяемого прибора линейным, и определяют погрешность измерительного прибо ра Ь к из системы уравнений ЬК Х«-КА-Х

у-

.Хо X

К+1 где а, а

Х - КА - а,(Х„-КА)ч-а, + ао аЛХ„ +КА) +а.А+а

А о 7

параметры линеаризованного участка реальной функции преобразования; приращение испытательного сигнала;

.

0

5

8 10

К - порядковый номер приращения испытательного сигнала.

2.Способ ПОП.1, отличающийся тем, что равноотстоящие значения испытательного сигнала формируют путем прследовательного суммирования испытательного сигнала, подключенного ко входу поверяемого прибора, с сигналом, величину которого определяют блоком сравнения, например средством измерения.

3.Способ по п.2, отл и ч а ю- щ и и с я тем, что величину приращения испытательного сигнала вначале определяют непосредственно поверяемым прибором, а затем суммируют с испытательным сигналом подключенным к его входу.

4„ Способ по п,5, отличающийся тем, что формирование равноотстоящих значений испытательного сигнала осуществляют путем подключения ко входу поверяемого прибора равномерно возрастающего (убывающего) испытательного сигнала и фиксации результатов измерения через равные промежутки времени.

5. Способ по п.}, отличаю-- щи и с я тем, что равноотстоящие значения испытательного сигнала осуществляют делением (умножением) начального значения испытательного сигнала, поданного на вход поверяемого , используя делители или масштабные преобразователи входного сигнала.

.З

Изобретение относится к области метрологии. Может быть использовано при поверке измерительных каналов информационно-измерительных систем. Целью изобретения является сокращение объема и упрощение процесса поверки. Для этого к поверяемому прибору подключают однозначную меру, а на его входе формируют равноотстоях щие значения необразцового испытательного сигнала. Фиксируют результаты их измерений и сравнивают с результатом измерения однозначной меры. Выбирают ближайшие к нему два результата испытательного сигнала, и (Считая участок реальной функции преобразования-поверяемого прибора между ними линейным, составляют систему уравнений, из которой определяют погрешность прибора. Один из способов формирс5вания равноотстоящих значений сигнала заключается в суммировании испытательного сигнала с сигналом, величину которого определяют блоком сравнения. Для этого применяется уст- , содержащее управляемый ключевой элемент 1, блок 2 сравнения, поверяемый прибор 3. Предложенный способ позволяет минимизировать количество сечений диапазона измерений поверяемого прибора. 4 з.п.ф-лы.З ил . За а (Л с 1 -© .l