Для проверки адекватности математической модели динамики ИК необходимо рассчитать значения расхождений e между переходной характеристикой и кривой разгона - по формуле
. (8)
При выполнении условия eмакс < ±5 % математическая модель динамики ИК считается адекватной.
В лабораторной работе измерительная информационная система образована из измерительного канала и компьютера, в состав программного обеспечения которого входит SCADA-система "GLUSHKOV", разработанная студентом Глушковым Ю.В. на основе поставляемой НПО "Элемер" программы для обмена информацией между прибором и компьютером.
3 Описание лабораторной установки
Лабораторная установка содержит: измерительный канал ИИС, состоящий из размещенного на стенде 5 нормирующего преобразователя типа ПТ-ТП-68, подключаемого двумя проводами к вторичному прибору типа ИРТ 1730У, и датчика типа ТХК-0515, подключаемого к преобразователю ПТ-ТП-68 гибким термоэлектродным кабелем. Вторичный прибор через адаптер подключен к компьютеру. Рядом со стендом 6 на подставке размещен термостат, около термостата находится сосуд с холодной водой.
4 Техника безопасности при выполнении лабораторной работы
При выполнении лабораторной работы необходимо соблюдать меры безопасности, предусмотренные ГОСТ 12.2.007.0, ГОСТ 12.2.007.6, ГОСТ 12.2.007.14, Правилами техники безопасности [5], правилами техники безопасности и промсанитарии, установленными инструкциями КубГТУ, нормативными документами на рабочий эталон и другие средства измерений.
Пакетные выключатели, с помощью которых подается напряжение питания к нормирующему преобразователю, к вторичному прибору и к термостату, запрещается включать без разрешения преподавателя.
Необходимо проявлять осторожность при переносе датчика из термостата в сосуд с холодной водой: нужно держать датчик за пластмассовую головку, не разливать воду из сосуда.
При проведении работы категорически запрещается прикасаться к токоведущим частям установки и клеммам.
На лабораторном столе не должно быть лишних посторонних предметов (пакетов, сумок, одежды, пищевых продуктов).
Категорически запрещается выполнять какие-либо переключения в схеме на лабораторной установке без согласования с преподавателем.
5 Порядок выполнения работы
5.1 Подготовьте лабораторную установку к проведению эксперимента, выполните для этого следующие операции:
- проверьте правильность сборки схемы и подключения датчика ТХК-0515, нормирующего преобразователя ПТ-ТП-68 и прибора ИРТ 1730У;
- после включения компьютера преподавателем включите питание ПТ-ТП-68; сначала пакетным выключателем на стенде 5, затем поворотным выключателем; включите питание прибора ИРТ 1730У; проконтролируйте наличие выходного тока преобразователя по наличию ненулевых показаний прибора ИРТ 1730У;
- включите питание термостата - сначала пакетным выключателем на боковой поверхности стенда 6, затем тумблерами на панели управления термостата;
- поместите датчик ТХК-0515 в отверстие верхней крышки термостата.
5.2 Проведите загрузку SCADA-системы "GLUSHKOV" – последовательно выполните по два щелчка левой кнопкой мыши на ярлыках: "Мой компьютер", "D:", "Элемер", "IRT 1730". При этом на экране появится окно, в котором нужно выполнить один щелчок левой кнопкой мыши на надписи "Запуск". После этого в окне начнут появляться изменяющиеся показания прибора ИРТ 1730У;
- выполните два щелчка левой кнопкой мыши на ярлыке "Программа регистрации данных", после чего на экране появится главное окно программы "GLUSHKOV"; в этом окне будет еще одно окно, в котором выполните один щелчок левой кнопкой мыши на кнопке "Обновить";
- проследите за возрастающими показаниями прибора до достижения ими значений от 1,2 до 1,3 мА, после чего выключите электропитание термостата;
- настройте программу "GLUSHKOV" на режим автоматической обработки данных, выполните для этого следующие операции один щелчок на кнопке "Автоматическая регистрация", при этом появится окно, в котором нужно ввести значения параметров: в окне "Интервал записей" – значение "4"; в окне "Число записей" – значение "20".
5.3 Проведите эксперимент, выполните для этого следующие операции:
- запустите на исполнение программу "GLUSHKOV" – кнопкой меню "Пуск"; при этом на экране монитора автоматически будут отображаться значения выходного тока нормирующего преобразователя, измеряемого прибором ИРТ 1730У;
- перенесите термоэлектрический преобразователь из нагретого термостата в сосуд с холодной водой; проследите за изменениями 20 показаний прибора, отображаемыми на экране монитора; после этого работа программы регистрации будет остановлена автоматически и появится окно "Регистрация данных закончена".
5.4 Проведите обработку экспериментальных данных для параметрической идентификации ИК, выполните для этого следующие операции:
- выделите мышью 17 значений, отображающих начальную часть кривой разгона ИК, скопируйте их в буфер обмена;
- загрузите файл Excel с программой расчета параметров математической модели динамики ИК, вставьте 17 значений в третью колонку таблицы. При этом будет проведен расчет значений параметров модели;
- запишите значения параметров математической модели динамики измерительного канала измерительной информационной системы и значения входной и выходной величин ИК, необходимые для построения следующих графиков:
1) ступенчатое изменение во времени входной температуры;
2) кривая разгона ИК, представленная в виде отклонений выходной величины от начального значения;
3) построенная рядом с кривой разгона переходная характеристика ИК;
- запишите следующие выражения с рассчитанными значениями параметров:
1) дифференциальное уравнение ИК;
2) передаточная функция ИК;
3) переходная функция ИК;
- выключите электропитание вторичного прибора и нормирующего преобразователя.
6 Содержание отчета
Отчет о лабораторной работе должен содержать:
- название работы;
- три раздела со следующими заголовками:
1 Цели работы
2 Технические данные используемых средств измерений
3 Порядок выполнения работы, полученные результаты и выводы по работе.
В разделе 1 следует привести цели работы, взятые из методических указаний. В разделе 2 для каждого средства измерений необходимо указать метрологические характеристики (тип, диапазон измерений, диапазон показаний или диапазон изменения выходного сигнала, класс точности или пределы погрешности). В разделе 3 должна быть дана информация о выполнении каждого пункта лабораторной работы со ссылками на используемые формулы, таблица с исходными данными, графики и выражения, указанные в подразделе 5.4.
Формулы, рисунки, таблицы должны быть пронумерованы в пределах разделов (двумя цифрами, разделенными точкой).
Отчет должен быть оформлен на листах бумаги формата А4 по ГОСТ 2.301, снабженных рамкой и основной надписью по ГОСТ Р 21.1101.
В приложении Б на рисунке Б.1 показана форма основной надписи для первого листа отчета, на рисунке Б.2 – форма основной надписи для последующих листов.
7 Темы учебного материала дисциплины, по которым студенту
будут предложены устные или письменные тестовые задания для
защиты отчета о лабораторной работе:
1) Анализ особенностей функционирования, расчет параметров ИК ИИС со средствами измерений, приведенными в методических указаниях к лабораторной работе?
2) Расчет и анализ метрологических характеристик ИК ИИС и средств измерений, приведенных в методических указаниях к лабораторной работе?
3) Синтез структурных схем ИК ИИС, построенных с применением средств измерений, приведенных в методических указаниях к лабораторной работе?
4) Математическое обеспечение процедур идентификации ИК ИИС со средствами измерений, приведенными в методических указаниях к лабораторной работе?
5) Математическое обеспечение процедур первичной обработки измерительной информации в ИК ИИС со средствами измерений, приведенными в методических указаниях к лабораторной работе?
6) Экспериментальный активный метод получения математической модели динамики ИК по кривой разгона?
7) Процедура проверки адекватности математической модели динамики ИК ИИС?
8) Способы аналитического решения линейных дифференциальных уравнений первого и второго порядка?
9) Аналитическая, графическая и табличная формы статических характеристик термоэлектрических преобразователей?
10) Анализ функционирования преобразователей сигналов, применяемых в ИК ИИС?
11) Анализ характера изменений сигналов, используемых в измерительных каналах для передачи измерительной информации?
12) Способы нормирования погрешностей средств измерений, применяемых в ИК ИИС?
Список литературы
1 Фарзане Н.Г., Илясов Л.В., Азим-Заде А.Ю. Технологические измерения и приборы. М.: Высшая школа, 1989. 456 с.
2 Лифиц И.М. Стандартизация, метрология и сертификация. М.: Юрайт-Издат, 2004. 335 с.
3 Стефани Е.П. Основы расчета настройки регуляторов теплоэнергетических процессов. М.: Энергия, 1972. 376 с.
4 Автоматизация технологических процессов пищевых производств / Е.Б.Карпин [и др.]; под ред. Е.Б.Карпина. М.: Пищевая промышленность, 1977. 431 с.
5 Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок. М.: СПО Союзтехэнерго, 1991. 315 с.
Приложение А
