В ПГУ предложили оригинальный способ повышения точности измерительных устройств
Версия для печати
В подведомственном Минобрнауки России Пензенском государственном университете смогут повысить точность и качество измерений во всех сферах человеческой деятельности. Ученым удалось открыть способ, который компенсирует инструментальную погрешность измерения — приведет ее к нулю. Изобретение найдет широкое применение в медицине, нефтегазовой, пищевой, ракетно-космической промышленностях, в военной сфере. Ноу-хау сэкономит затраты на производство и повысит его, а обследования в сфере медицины станут более точными. Об этом сообщило ТАСС.
Изобретение относится к электроизмерительной технике. Ежедневно каждый из нас пользуется измерительными приборами. Например, при покупке продуктов в магазине (товарные весы). Емкостные датчики широко используются также в сенсорных кнопках бытовой техники, в летательных аппаратах, в медицине и в других сферах.
«Емкостные датчики нашли практическое применение во многих технических устройствах и аппаратах, потому современные запросы к ним требуют высокие показатели точности и безопасности. А без измерений этого достичь невозможно», — рассказал разработчик способа, канд. тех. наук, доцент, заведующий кафедрой «Электроэнергетика и электротехника» ПГУ Василий Ашанин.
В Пензенском госуниверситете запатентовали «Способ определения индуктивности индуктивного и емкости емкостного датчиков и измерительная цепь для его осуществления». Ученые собрали макетный образец и дополнительно проверили реализацию алгоритма.
Еще один автор, канд. тех. наук, доцент кафедры «Электроэнергетика и электротехника» ПГУ Сергей Ларкин пояснил, на результаты измерения датчиков влияют параметры компонентов электронной цепи. В частности, это приводит к снижению точности измерения или контроля измеряемой величины.
«Погрешность влияет на итоговые цифры, например, на товарных весах. Существующие электронные измерительные цепи датчиков достаточно сложные. Они не обеспечивают компенсацию погрешности от конечных значений параметров электронных элементов. Естественно, чем больше элементов в схеме, тем потенциально выше погрешность измерения. А мы предлагаем минимальное количество электронных элементов для измерения параметров таких датчиков. Мы предложили реализовать способ на базе одного микроконтроллера с нашими алгоритмом и программой», — добавил Сергей Ларкин.
Научный коллектив предлагает компенсировать инструментальную составляющую погрешности измерительной цепи алгоритмическим способом, практически приведя ее к нулю. Благодаря этому будет улучшен конечный результат измерения контролируемого процесса или параметра.
Ученые при определении измеряемой емкости или индуктивности датчика предложили схему прямого преобразования на любой рабочей частоте, реализованную на базе микроконтроллера. Поясним, микроконтроллер — это цифровое электронное устройство, позволяющее проводить логические и арифметические операции с цифровыми сигналами. В него встроена программа (математический алгоритм), разработанная исследователями. По ней и определяется конечное значение измеряемой величины емкости или индуктивности.
Кроме того, ученым удалось не только свести влияние инструментальной погрешности к нулю, но и сделать их способ применительным для двух видов датчиков: емкостных и индуктивных. До открытия исследователей к датчикам необходимо было применять различные электронные цепи для индуктивных и емкостных датчиков. А предложение от ученых ПГУ позволяет использовать способ к обоим видам.
«Области применения индуктивных и емкостных датчиков очень сильно могут отличаться. С их помощью могут проводиться одновременно измерения различных параметров технологических процессов или различных физических величин. Это позволяет использовать предложенный способ и в будущем реализовать устройство», — пояснил Василий Ашанин.
Трудностей во внедрении способа и предложенной измерительной цепи не будет, уверены ученые. К существующим датчикам, которые производятся на многих предприятиях России, добавляется измерительная цепь, реализованная на микроконтроллере со встроенной программой. Микроконтроллер произведет цифровую обработку и управление алгоритмом измерения поступившей информации с устройства или прибора, например, с товарных весов.
«В предложенном алгоритме работы устройства процедура измерения производится дважды: при различных значениях параметров тестового (опорного) сигнала. Полученные данные результатов измерения проходят математическую обработку, в результате которой компенсируются влияния параметров электронных компонентов — становятся равными нулю», — поделился Сергей Ларкин.
Для пользователя устройства все остается прежним. Он видит только конечную цифру, выводящуюся на дисплей. Только значение становится точнее, без погрешности.
«Измерения веса продукта, каких-либо медицинских показателей, уровня жидкости в резервуарах станут точнее. Мы сэкономим деньги на измерении тех или иных параметров. Любое измерение имеет погрешность. А здесь погрешность будет меньше, значит, меньше и затраты», — добавил Сергей Ларкин.
В ПГУ провели компьютерные модельные и практические исследования на лабораторном макете измерительной цепи. Результаты показали, что точность повысилась. На изобретение в этом году получен патент. Техническое решение достаточно простое и не требует больших финансовых затрат.
«Мы провели моделирование процесса преобразования. Нам удалось обеспечить высокие точностные и динамические характеристики преобразователя, позволяющие претендовать на хорошее техническое решение различных производственных задач», — рассказал Василий Ашанин.
Сейчас научный коллектив готовит ряд публикаций в российские и международные научные журналы. В планах — наладить сотрудничество с крупными предприятиями Пензенской области, специализирующимися на производстве датчиков емкостного типа.