RU2782885C1 - Method for adjusting a differential transducer - Google Patents

Method for adjusting a differential transducer Download PDF

Info

Publication number
RU2782885C1
RU2782885C1 RU2021133602A RU2021133602A RU2782885C1 RU 2782885 C1 RU2782885 C1 RU 2782885C1 RU 2021133602 A RU2021133602 A RU 2021133602A RU 2021133602 A RU2021133602 A RU 2021133602A RU 2782885 C1 RU2782885 C1 RU 2782885C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
transducer
value
reference point
parameter
setting
Prior art date
Application number
RU2021133602A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Яков Львович Либерман
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина"
Application granted granted Critical
Publication of RU2782885C1 publication Critical patent/RU2782885C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: method relates to measuring equipment and can be used when setting the transducers in analogue feedback systems of automatic process machines. Method consists in setting the reference point of the transducer, followed by grading the output signal thereof. The method is characterised by predetermining the probability distribution of the parameter measured by the transducer over the entire operating range thereof; then selecting the most probable value of the parameter and resetting the reference point of the transducer to this value.
EFFECT: ensured operation of the method with a minimum absolute error (maximum precision) and the highest probability.
1 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при настройке измерительных преобразователей в аналоговых системах обратной связи технологических машин-автоматов.The present invention relates to the field of measuring technology and can be used when setting up measuring transducers in analog feedback systems of technological automatic machines.

В настоящее время способы юстировки измерительных преобразователей в системах обратной связи, и вообще в измерительной технике, известны. Так, в частности, инкрементные преобразователи перемещении типа датчиков импульсов, применяемые в станках с ЧПУ и т.п. юстируются так, чтобы их начало отсчета совпадало с серединой импульса (кванта перемещения) (см., например, книгу «Э.И. Гитис, Е.А. Пискулов. Аналого-цифровые преобразователи. М.: Энергоиздат. 1981»).Currently, methods for adjusting measuring transducers in feedback systems, and in general in measuring technology, are known. So, in particular, incremental displacement transducers such as pulse sensors used in CNC machines, etc. are adjusted so that their origin coincides with the middle of the pulse (displacement quantum) (see, for example, the book "E.I. Gitis, E.A. Piskulov. Analog-to-digital converters. M .: Energoizdat. 1981").

В аналоговых системах юстировку производят иначе. В таких системах применяют измерительные преобразователи не инкрементные, а дифференциальные (абсолютные). Их юстировку производят, с помощью имеющегося в них смещения начала отсчета, путем установки (настройки) начала отсчета на нулевые значения измеряемого параметра с последующей градуировкой его выходного сигнала. (см. сайт «en.ppt-online.org. Характеристики одновременного воздействия аддитивной и мультипликативной погрешностей на функцию преобразования»). Именно такой способ юстировки принят в качестве прототипа.In analog systems, adjustment is done differently. In such systems, measuring transducers are used not incremental, but differential (absolute). Their adjustment is carried out with the help of the reference offset present in them, by setting (adjusting) the reference point to zero values of the measured parameter, followed by calibration of its output signal. (See the site "en.ppt-online.org. Characteristics of the simultaneous impact of additive and multiplicative errors on the transform function"). It is this method of adjustment adopted as a prototype.

Существующий способ юстировки довольно прост, однако, он имеет существенный недостаток. Он исходит из представления о равномерном распределении вероятностей измеряемого параметра во всем рабочем диапазоне измерения, что в действительности не всегда имеет место.The existing adjustment method is quite simple, however, it has a significant drawback. It proceeds from the idea of a uniform distribution of the probabilities of the measured parameter over the entire working measurement range, which in reality is not always the case.

Как правило, всякий аналоговый измерительный преобразователь с номинальной характеристикой Y=f(X), где X – измеряемый параметр, а Y – выходной сигнал преобразователя, выдает сигнал с погрешностями.As a rule, any analog measuring transducer with a nominal characteristic Y = f (X), where X is the measured parameter, and Y is the output signal of the transducer, produces a signal with errors.

Указанные погрешности подразделяются на два вида: аддитивные и мультипликативные. Первая, или погрешность начала отсчета преобразователя, обычно постоянна по всей длине характеристики преобразователя и имеет некоторую величину α. Вторая же пропорциональна величине Y. В результате, абсолютная величина суммарной погрешности сигнала Y равна:These errors are divided into two types: additive and multiplicative. The first, or transducer reference error, is usually constant along the entire length of the transducer characteristic and has some value α. The second one is proportional to the value of Y. As a result, the absolute value of the total error of the signal Y is equal to:

Figure 00000001
,
Figure 00000001
,

где в – относительная мультипликативная погрешность. where в is the relative multiplicative error.

Поскольку Y=f(X), то Δ зависит от X, и каждому значению Х в рабочем диапазоне измерения соответствует свое значение Δ.Since Y = f (X), then Δ depends on X, and each value of X in the working measurement range has its own value of Δ.

Настраивая начало отсчета преобразователя на нулевое значение измеряемого параметра, величину Δ делают минимальной, т. к. Y в этом случае равно нулю. При увеличении X, а значит и Y, Δ увеличивается, но это неизбежно, и при равномерном распределении вероятностей измеряемого параметра X все возможные значения Δ равновероятны. Но, если какое-либо значение X имеет вероятность большую, чем другие значения, то преобразователь выдает сигнал Y с соответствующей погрешностью чаще, чем с другими Δ. При многократных измерениях параметра Х, принимающего в рабочем диапазоне более вероятные значения, будет получаться, что преобразователь работает неточно с большой вероятностью. Между тем, это не всегда приемлемо. Зачастую допускается, чтобы преобразователь иногда все же выдавал сигнал Yс большими Δ, но в основном требуется, чтобы он работал как можно точнее, с наименьшими Δ.By setting the reference point of the converter to the zero value of the measured parameter, the value of Δ is made minimal, since Y in this case is equal to zero. With an increase in X, and hence Y, Δ increases, but this is inevitable, and with a uniform distribution of the probabilities of the measured parameter X, all possible values of Δ are equally probable. But, if any value of X has a greater probability than other values, then the converter outputs a Y signal with the corresponding error more often than with other Δ. With repeated measurements of the X parameter, which takes more probable values in the operating range, it will turn out that the converter is not working accurately with a high probability. Meanwhile, this is not always acceptable. It is often allowed that the converter sometimes still outputs a Y signal with large ∆, but in general it is required that it work as accurately as possible, with the smallest ∆.

В соответствии с изложенным, проблемой, подлежащей решению с помощью предлагаемого способа, является именно то, что преобразователь, юстируемый способом-прототипом, работает с неминимально возможными погрешностями с большой вероятностью.In accordance with the foregoing, the problem to be solved using the proposed method is precisely that the converter, adjusted by the prototype method, works with non-minimum possible errors with high probability.

Технически решение этой проблемы обеспечивается за счет того, что способ юстировки дифференциального измерительного преобразователя, включающий установку (настройку) начала отсчета и последующую градуировку выходного сигнала преобразователя, отличается от прототипа тем, что предварительно определяют распределение вероятностей измеряемого параметра во всем рабочем диапазоне измерения, затем выбирают наиболее вероятное значение параметра и начало отсчета преобразователя устанавливают (настраивают) на это значение. При этом в качестве измеряемого параметра используют механическое перемещение или, например, давление газа, а в качестве выходного сигнала, соответственно, электрическое напряжение или механическое перемещение, или аналогичные им физические параметры.Technically, the solution to this problem is provided due to the fact that the method of adjusting the differential measuring transducer, including setting (setting) the reference point and subsequent calibration of the output signal of the transducer, differs from the prototype in that the probability distribution of the measured parameter is preliminarily determined in the entire operating measurement range, then the the most probable value of the parameter and the reference of the transducer are set (adjusted) to this value. In this case, mechanical displacement or, for example, gas pressure is used as the measured parameter, and electrical voltage or mechanical displacement, or similar physical parameters, respectively, are used as the output signal.

На фиг. 1 показана иллюстрация способа юстировки прототипа. На фиг. 2 иллюстрация предлагаемого способа. На обеих фигурах 1 – номинальная характеристика преобразователя Y=f(X), 2 – зона распределения аддитивной погрешности α, 3 – зона распределения мультипликативной погрешности

Figure 00000002
, 4 – график возможной функции плотности вероятности параметра Х, ХНО – начало отсчета Х, Δ – обозначение зоны распределения суммарной погрешности, соответствующей наиболее вероятному (модальному) значению Х=ХМ. In FIG. 1 shows an illustration of the prototype alignment method. In FIG. 2 illustration of the proposed method. On both figures 1 is the nominal characteristic of the converter Y = f (X), 2 is the zone of distribution of the additive error α, 3 is the zone of distribution of the multiplicative error
Figure 00000002
, 4 - graph of the possible probability density function of the parameter X, X BUT - the origin of X, Δ - designation of the zone of distribution of the total error corresponding to the most probable (modal) value X=X M .

Покажем реализацию способа на примере. Пусть имеется измерительный преобразователь механического перемещения в напряжение реостатного типа с номинальной характеристикой:Let's show the implementation of the method with an example. Let there be a measuring transducer of mechanical displacement into voltage of a rheostat type with a nominal characteristic:

Figure 00000003
,
Figure 00000003
,

где K =5 В/мм – чувствительность преобразователя. where K =5 V/mm is the sensitivity of the transducer.

Рабочий диапазон преобразователя 0-100 мм. Погрешность б=0,1 В, а погрешность в=5 %. Выходной параметр Х распределен по нормальному закону с плотностью вероятности:The working range of the transducer is 0-100 mm. Error b = 0.1 V, and error c = 5%. The output parameter X is distributed according to the normal law with a probability density:

Figure 00000004
,
Figure 00000004
,

где

Figure 00000005
;where
Figure 00000005
;

у=15 мм;y=15 mm;

При юстировке способом-прототипом, наиболее вероятная погрешность:When adjusting by the prototype method, the most probable error:

Figure 00000006
Figure 00000006

В пересчете на Х это составляет 2,52 мм.In terms of X, this is 2.52 mm.

При юстировке предлагаемым способом Д=б=0,1 В, что в пересчете на Х составляет 0,02 мм. Поскольку последнее получается при установке (настройке) начала отсчета на

Figure 00000007
то градуировка выходного сигнала сводится к введению поправки на
Figure 00000008
и, соответственно, на
Figure 00000009
. То есть, выходной сигнал Y преобразователя будет соответствовать
Figure 00000010
, откуда When adjusted by the proposed method, D=b=0.1 V, which in terms of X is 0.02 mm. Since the latter is obtained by setting (adjusting) the reference point to
Figure 00000007
then the calibration of the output signal is reduced to the introduction of a correction for
Figure 00000008
and, accordingly, on
Figure 00000009
. That is, the output signal Y of the converter will correspond to
Figure 00000010
, where

Figure 00000011
. Характеристика
Figure 00000012
или
Figure 00000013
будет являться результатом градуировки.
Figure 00000011
. Characteristic
Figure 00000012
or
Figure 00000013
will be the result of the calibration.

Еще один пример реализации способа. Имеется преобразователь давления газа в угловое механическое перемещение стрелки-указателя (барометр), с номинальной характеристикойAnother example of the implementation of the method. There is a gas pressure converter into the angular mechanical movement of the pointer (barometer), with a nominal characteristic

Figure 00000003
,
Figure 00000003
,

где K – чувствительность преобразователя равна 0,1 бар/градус. where K is the transducer sensitivity equal to 0.1 bar/degree.

Рабочий диапазон барометра -2 бара…+4 бара. Погрешность б=0,01 град, а погрешность в=3 %. Выходной параметр также распределен по нормальному закону, но с

Figure 00000014
. Operating range of the barometer -2 bar…+4 bar. Error b = 0.01 deg, and error c = 3%. The output parameter is also distributed according to the normal law, but with
Figure 00000014
.

При юстировке способом-прототипом наиболее вероятная погрешность:When adjusting by the prototype method, the most probable error is:

Figure 00000015
Figure 00000015

что пересчете на Х составит 0,19 бар.which in terms of X will be 0.19 bar.

При юстировке предлагаемым способом Д=б=0,01 град, что в пересчете на Х составляет 0,1 бар. После установки начала отсчета на

Figure 00000016
и градуировки выходного сигнала преобразователя получим характеристику последнего Y=
Figure 00000017
, откуда
Figure 00000018
. When adjusted by the proposed method, D=b=0.01 deg, which in terms of X is 0.1 bar. After setting the origin to
Figure 00000016
and calibration of the output signal of the transducer, we obtain the characteristic of the last Y=
Figure 00000017
, where
Figure 00000018
.

Как видно из изложенного, техническим результатом применения предлагаемого способа является обеспечение его работы с минимальной абсолютной погрешностью (максимальной точностью) с наибольшей вероятностью. As can be seen from the above, the technical result of applying the proposed method is to ensure its operation with the minimum absolute error (maximum accuracy) with the highest probability.

Claims (1)

Способ юстировки дифференциального измерительного преобразователя, включающий установку начала отсчета и последующую градуировку выходного сигнала преобразователя, отличающийся тем, что предварительно определяют распределение вероятностей измеряемого параметра во всем диапазоне измерения, затем выбирают наиболее вероятное значение параметра и начало отсчета преобразователя устанавливают на это значение.A method for adjusting a differential measuring transducer, including setting a reference point and subsequent calibration of the output signal of the transducer, characterized in that the probability distribution of the measured parameter is preliminarily determined over the entire measurement range, then the most probable value of the parameter is selected and the reference point of the transducer is set to this value.
RU2021133602A 2021-11-18 Method for adjusting a differential transducer RU2782885C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2782885C1 true RU2782885C1 (en) 2022-11-07

Family

ID=

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9654133B2 (en) * 2014-12-17 2017-05-16 Analog Devices, Inc. Microprocessor-assisted calibration for analog-to-digital converter
EP3843273A1 (en) * 2014-12-17 2021-06-30 Analog Devices, Inc. Randomly sampling reference adc for calibration

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9654133B2 (en) * 2014-12-17 2017-05-16 Analog Devices, Inc. Microprocessor-assisted calibration for analog-to-digital converter
EP3843273A1 (en) * 2014-12-17 2021-06-30 Analog Devices, Inc. Randomly sampling reference adc for calibration

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Статья: "Цифровая автоматическая коррекция погрешностей микропроцессорных систем учета электроэнергии", Ж. Исследовано в России, 2001 (стр. 1095-1096). Статья: "ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ МНОГОКРАТНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ФУНКЦИЙ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕРОЯТНОСТИ С ПЕРЕМЕННЫМ МАСШТАБОМ", НАУЧНОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ, 2002, том 12, номер 1, c. 66-72. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4437164A (en) Ridge circuit compensation for environmental effects
EP2587224B1 (en) Displacement detecting device, scale calibrating method and scale calibrating program
US20070174013A1 (en) Measuring apparatuses and methods of using them
JP2008051507A (en) Correction circuit of encoder signal
CA2038404C (en) Hysteresis-compensated weighing apparatus and method
RU2782885C1 (en) Method for adjusting a differential transducer
US3934197A (en) Automatic calibration system
KR102007241B1 (en) System and method for gas analysis value correction of the standard insulating oil
CN101753139B (en) Switching unit for generating an output voltage as a function of a digital data valve and method for calibrating the switching unit
RU2571445C2 (en) Correction of voltage measurement at transducer terminals
JPH0241077B2 (en)
KR101986904B1 (en) Autonomic Calibration method in Sensor Measuring Device
RU2262713C2 (en) Method for calibration of measuring systems
RU2596073C2 (en) Method of digital signal processing of pressure sensors
KR100439160B1 (en) Pressure calibration system and method through deadweight tester
Kreuzer Strain gauge ¼ bridge calibration with shunt signals
CN113465642B (en) Data correction method and system of stay wire displacement encoder based on attitude simulation
CN113375853B (en) Air pressure sensor module and calibration method thereof
CN117521357A (en) Nonlinear response sensor material component amount measuring method
KR101816657B1 (en) Method for Calibrating Height Using Atomic Force Microscope
SU179838A1 (en) METHOD OF POTENTIOMETER TESTING
Wiśniewska et al. Determination of form measuring machine displacement sensor characteristics with a use of flick standard
JPS60259018A (en) Calibration system of comparator
CN116208152A (en) High-precision analog quantity acquisition device and method
RU2618903C1 (en) Analog-to-digital conversion method