Тестовый метод

В тестовом методе повышение точности результатов измерения процесс измерения состоит из (n+1) тактов. В первом такте преобразуется измеряемая величина x, а в n других тактах преобразуются тестовые воздействия , каждое из которых является некоторой функцией измеряемой величины x.

Результаты, полученные в первом такте измерения

у₀=а₁+а₂х+….+а_nх , (1)

и в дополнительных тактах измерения:

;

; (3)

…

.

Для повышения точности измерения необходимо сначала определить реальные параметры математической модели исходного ИУ из (3), а затем найти значения измеряемой величины из уравнения (2) при подстановке в него текущих значений .

Тестовый метод дает возможность исключить коррелированную составляющую результирующей погрешности измерений. Точность определения параметров математической модели ИУ зависит от стабильности блоков формирования тестов, создающих вспомогательные величины , необходимые для составления системы уравнений (3). В реальных измерительных системах (ИС) находят применение аддитивные тесты, создаваемые блоком аддитивных тестов (БАТ) и мультипликативные тесты, создаваемые блоком мультипликативных тестов (БМТ), которые могут быть функциональными и независимыми. Наиболее широко применяются независимые аддитивные и мультипликативные тесты.

Независимые аддитивные тесты

,

где - постоянная составляющая аддитивного теста, которая является однородной и независящей от x.

Независимые мультипликативные тесты

,

где K – независимый от x коэффициент преобразования, который легко формируются для электрических и неэлектрических величин.

С помощью совместного применения мультипликативных и аддитивных тестов и введения избыточности измерений получен алгоритм, позволяющий одновременно с уменьшением аддитивных и мультипликативных погрешностей измерения исключить влияние на результаты измерения параметров нелинейной градуировочной характеристики исходного ИУ и других составляющих погрешностей, вносимых объектом измерения, каналом связи и т.д.

Рассмотрим пример применения тестового метода повышения точности измерения.

Пример. Необходимо с помощью тензометрической массоизмерительной системы (автоматических весов) измерить вес движущихся автомашин с грузом.

На рис.1.24 приведена структурная схема автоматических весов.

Рис. 1.24. Структурная схема автоматических весов

Массоизмерительная система состоит из двух идентичных грузоподъемных платформ ГП₁ и ГП₂, к которым с помощью электромагнитов ЭМ₁ и ЭМ₂ подвешены образцовые грузы ОГ₁ и ОГ₂ весом . Рычаг Р₁ с коэффициентом передачи К, играет роль БМТ. Рычаг Р₂ с коэффициентом передачи, равным единице. Тензометрический датчик (ТД) и измерительно - регистрирующей системы (ИРС). Процесс измерения состоит из четырех тактов. При движении автомашины по платформе ГП₁ сначала измеряется суммарная масса автомобиля Р_x и образцового груза Р_эт. Измеряемое усилие передается на тензометрический измерительный преобразователь (ТИП) через жесткий рычаг Р₁. Таким образом, во время первого измерения ТИП воспринимает усилие, равное . Второе измерение осуществляется после того, как платформа ГП₁ при помощи электромагнита ЭМ₁ освобождается от образцового груза Р_эт. При этом быстродействие электромагнита таково, что даже при максимально допустимой скорости движения автомашины первое и второе измерения осуществляются за время нахождения движущего объекта на платформе ГП₁. Во время второго измерения ТИП воспринимает усилие, равное . Третье измерение осуществляется, когда автомобиль находится на грузовой платформе ГП₂, к которой с помощью электромагнита ЭМ₂ подвешен образцовый груз ОГ₂. При этом усилие передается на ТД через жесткий рычаг Р₂, имеющий коэффициент передачи единица. Следовательно, во время третьего измерения силоизмерительный элемент ТИП воспринимает усилие равное . Условия четвертого измерения отличаются от третьего тем, что отключается электромагнит ЭМ₂, освобождая грузоподъемную платформу ГП₂ от образцового груза Р_эт.

Учитывая, что с помощью кусочно-линейной аппроксимации математическая модель градуировочной характеристики массоизмерительной системы имеет вид

,

в результате четырех тактов измерений получаем систему уравнений (4) и решаем ее с целью исключения

(4)

Результат решения системы (4) относительно искомой массы автомашины

(5)

Из (5) следует, что результат тестового алгоритма не зависят от параметров градуировочной характеристики и коэффициента передачи К рычага Р₁ .

Другой вариант выполнения автоматических весов выполнен без образцового груза ОГ₁ и электромагнита ЭМ₁, однако при этом потребовалось точное изготовление рычагов Р₁ и Р₂. В данном варианте выполнения весов тестовый алгоритм упрощается, так как из описанного процесса измерения исключается первый такт, остальные три тактовых измерения проводятся в той же последовательности, в результате чего получаем

(6)

Результат решения системы (6) с целью исключения равен

(7)

Применение тестовых методов позволяет простым путем, используя неточные измерительные устройства с нелинейной градуировочной характеристикой, получить высокоточные результаты измерения, независящие не только от изменяющихся параметров исходного ИУ, но и от параметров канала связи и объекта измерения. В формировании тестов участвует измеряемая величина, что позволяет преобразовывать тесты без ее отключения от входа ИУ. На базе тестовых методов повышения точности измерений построены разнообразные системы для измерения электрических и неэлектрических величин [2].