научная статья по теме ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ ПРОМЫШЛЕННЫХ АНАЛИЗАТОРОВ МЕТОДОМ АВТОМАТИЧЕСКОЙ КОРРЕКЦИИ ПО «РЕФЕРЕНТНОЙ» ВЕЛИЧИНЕ Метрология

Текст научной статьи на тему «ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ ПРОМЫШЛЕННЫХ АНАЛИЗАТОРОВ МЕТОДОМ АВТОМАТИЧЕСКОЙ КОРРЕКЦИИ ПО «РЕФЕРЕНТНОЙ» ВЕЛИЧИНЕ»

Медицинские и биологические измерения

раций одного человека показала, с одной стороны, полную идентичность получаемых результатов (формул ФСО), а с другой, что вариабельность ритма может быть фактором прогноза ФСО при анализе параметров ВСР по временной серии регистраций.

Л и т е р а т у р а

1. Баевский Р. М., Берсенева А. П. Введение в донозоло-гическую диагностику. М.: Фирма «Слово», 2008.

2. Heart rate variability. Standards of measurement, physiological interpretation, and clinical use. Task Force of The Euro-

pian Society of Cardiology and The North American Society of Pacing and Electrophysiology // European Heart J. 1996. V. 17. P. 354—381.

3. Кузнецов А. А. Методы анализа и обработки электрокардиографических сигналов: Новые подходы к выделению информации / Монография. Владимир: ВлГУ. 2008.

4. Прилуцкий Д. А. и др. Накопитель ЭКГ «AnnA Flash2000» // Методы и средства измерений физических величин. Н. Новгород: НГТУ. 2006. С. 31.

Дата принятия 11.02.2010 г.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ

681.1/.2:621.3.088.3

Повышение точности промышленных анализаторов методом автоматической коррекции по «референтной» величине

М. А. КАРАБЕГОВ

Научно-производственное объединение «ЦНИИТМАШ», Москва, Россия,

e-mail: karabegov@rambler.ru

Рассмотрены методология и схемы повышения точности промышленных анализаторов методом автоматической коррекции по «референтной» величине.

Ключевые слова: промышленный анализатор, автоматическая коррекция, «референтная» величина.

The procedure and diagrams of automatic correction by «reference» quantity for accuracy increase for industrial analysers are considered.

Key words: industrial analyser, automatic correction, «reference» quantity.

Развитие новых технологий, диверсификация экономики, модернизация традиционных технологических комплексов, сложность контролируемых технологических и природных объектов и сред, тяжелые и часто экстремальные условия эксплуатации ставят новые задачи по развитию аналитического приборостроения, требуют новых подходов по обеспечению достоверности и инвариантности результатов измерений. Аналитические промышленные автоматические измерительные приборы (анализаторы) специфичны, определяют прямые показатели качества объектов — состав и свойства, основаны на различных физических методах. Для их аттестации применяют характерные методы и средства метрологического обеспечения. Круг задач, решаемых при помощи промышленных анализаторов, чрезвычайно широк: измерения физико-химических параметров жидких, газообразных и твердых сред на промышленных объектах в статике и динамике, в энергетике, агрохимии и экологии, для

авиационных и космических нужд, в условиях подводного и надводного флотов и др. Измерения выполняют или с отбором проб в лабораторных условиях в соответствии с методиками измерения, или непосредственно в промышленных условиях в автоматическом режиме с использованием анализаторов (проточных, погружных и пр.), встроенных в технологические линии или подключаемых к контролируемым объектам, или часто комплексно. При проведении технологических измерений, особенно в автоматическом режиме, важная задача — обеспечение точности их результатов при длительной эксплуатации в сложных условиях и значительном влиянии различных дестабилизирующих факторов.

Для автоматических анализаторов в условиях промышленной эксплуатации наиболее существенными являются помехи, обусловленные флуктуациями параметров звеньев приборов, контролируемых сред и объектов, внешних усло-

вий. Природа и значения помех могут зависеть от следующих факторов:

внутренних флуктуаций компонентов схем и конструкций анализаторов, зависящих от режимов работы, старения, загрязнений, влияний внешних условий и пр.;

качества сырья, включая состав и концентрацию примесей, флуктуаций (в том числе неконтролируемых) параметров измеряемых сред, объектов, технологических процессов, которые могут проявляться как неинформативные параметры;

колебаний окружающей температуры, давления, влажности, напряжения и частоты электропитания, ударных и вибрационных воздействий и др.

Формирование результата измерения происходит при влиянии всех видов помех, возникают аддитивные и мультипликативные погрешности. Инвариантность результатов измерений к влиянию помех может быть обеспечена на основе реализации алгоритмов автоматической коррекции: параметрической, структурной и по «референтной» (с достоверно известным значением) величине [1].

При параметрической коррекции осуществляются оптимизация схем, конструкций, элементной базы; стабилизация режимов модулей и компонентов, напряжения и частоты электропитания, давления и расхода контролируемых сред; гашение вибраций, ударных нагрузок; фильтрация, тер-мостатирование. В результате параметры звеньев измерительных систем стабилизируются, влияние помех уменьшается или устраняется. Пример реализации параметрической коррекции показан на схеме анализатора концентрации органических веществ (органики), находящихся в природной воде (рис. 1).

Принцип действия анализатора основан на корреляции концентрации органики с коэффициентом пропускания природной воды в ультрафиолетовой (УФ) области спектра при X = 254 нм. Анализатор выполнен в виде проточного УФ-фотометра. Важным элементом схемы является УФ дейте-риевая лампа 1, для обеспечения стабильности излучения которой конструкция и параметры электропитания требуют

3 -

Рис. 1. Структурная схема УФ-анализатора органических веществ в воде: 1 — дейтериевая лампа; 2 — оптическая система; 3 — проточная кювета; 4 — фотоприемник; 5 — измерительное устройство; 6, 17 — конструктивные модули; 7, 9 — устройства для регулирования режимами анода и катода; 8, 10, 11 — источники тока накала лампы; 12, 19 — расширители импульсов; 13, 18 — компараторы; 14, 16 — источники опорного напряжения; 15 — дифференциальный усилитель

специальных решений. Излучение источника оптической системой 2 направляется в проточную кювету 3. Вышедшее из кюветы излучение регистрируется фотоприемником 4. Измерительное устройство 5 преобразует сигнал фотоприемника и формирует выходной сигнал анализатора. В процессе эксплуатации и по мере выработки ресурса лампы согласно алгоритму работы схемы соответствующие модули регулируют ее параметры электропитания, поддерживая интенсивность УФ-излучения на постоянном уровне. В результате обеспечивается точность и стабильность результатов измерений анализатора в условиях длительной эксплуатации [2].

Структурная коррекция основана на положениях структурного анализа и различных логических построениях измерительных систем анализаторов. Распространенной версией алгоритма структурной коррекции является формирование в измерительной системе анализатора дополнительного канала (коррекции), сигнал которого и информативный сигнал обрабатываются в вычислительном устройстве по специальным алгоритмам, обеспечивая инвариантность выходного сигнала к влиянию помех. В качестве примера на рис. 2 представлена схема позиционной лазерной измерительной системы, предназначенной для контроля геометрических параметров механических деталей и узлов в процессе их изготовления на станке. Луч лазера 1 после контакта с контролируемым объектом 3 попадает на пози-ционно-чувствительный фотоприемник 4, формирующий информативный сигнал и установленный под непрямым углом к лазерному лучу. Оптическая система 2 проецирует эллиптическую форму сечения излучения лазера. На поверхности фотоприемника 4 проекция излучения становится круглой, что обеспечивает одинаковый масштаб измерений по координатам, а его расположение не допускает обратного хода луча и позволяет измерять интенсивность отраженного луча 5 лазера 1.

В процессе эксплуатации в измерительной системе могут возникать помехи из-за чувствительности позиционного фотоприемника к амплитудно-фазовым флуктуациям излучения, обусловленным нестабильностью интенсивности излучения лазера во времени, затуханием излучения вследствие поглощения и рассеяния в среде распространения, влиянием эффекта дополнительного внешнего оптического резонатора, создаваемого поверхностью фотоприемника с апертурой лазера и др. Для обеспечения инвариантности к влиянию помех в схему введен дополнительный канал, сформированный излучением лазера, отраженным от поверхности позиционного фотоприемника 4. Отраженный луч 5 регистрируется амплитудно-чувствительным фотоприемником 6, который фиксирует текущую интенсивность излучения и формирует сигнал коррекции. Сигналы обоих фотоприемников преобразуются в устройствах 7, 8, 10, 11 и поступают в вычислительное устройство 9. Последнее формирует выходной сигнал по алгоритму, приводящему к инвариантности результата измерений к флуктуациям интенсивности излучения лазера и другим низкочастотным флуктуациям звеньев системы.

Благодаря этому повышаются точность, стабильность и помехоустойчивость измерительной системы в условиях длительной эксплуатации, расширяется диапазон измерения вследствие устранения амплитудно-фазовых искажений и учета флуктуаций интенсивности излучения лазера в тракте прохождения луча [3].

Автоматическая коррекция по «референтной» величине весьма эффективна, в особенности для промышленных анализаторов (комплексов, систем) со сложной структурой. В качестве «референтной» наиболее часто применяют измеряемую величину с достоверно известным значением или физический эквивалент измеряемой величины — имитатор со стабильными характеристиками, близкими к характеристикам измеряемой величины, достоверные значения которых получены в соответствии с необходимыми метрологическими процедурами.

В режиме автоматической коррекции восприятие измеряемой величины временно прекращается, в анализатор подается ее «референтное» значение, помехи корректируются (исключаются или компенсируются), затем режим измерения восстанавливается. В некоторых случаях в сложных анализаторах, в том числе включающих устройства для подготовки проб (дозаторы, фильтры, нагреватели, холодильники, термостаты и др.), для воздействия на контролируемую среду (формирование температурного поля при электрическом нагреве, искре, пламени, плазме и др.),

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком