Высокоточные аналоговые и цифровые измерительные преобразователи давления

• Автор: Бычков, Валерий Владимирович
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 233 с. : ил.

Глава 1 Современные электронные приборы измерения давления (Обзор)
1.1 Состав и построение измерительного преобразователя давления. Вопросы терминологии
1.2 Типы сенсоров давления
1.2.1 Манометрические сенсоры
1.2.2 Мембранные сенсоры с металлическими тензорезисторами
1.2.3 Полупроводниковые сенсоры
1.2.4 Емкостные сенсоры
1.2.5 Другие типы сенсоров
1.3 Погрешности измерения и пути их уменьшения
1.3.1 Методы оценки погрешностей измерения измерительных преобразователей давления
1.3.2 Пути уменьшения погрешностей измерения
1.4 Квалиметрический анализ датчиков давления
1.4.1 Методика оценки качества датчиков давления
1.4.2 Составление первоначального списка показателей
1.4.3 Определение системы (номенклатуры) единичных показателей
1.4.4 Ранжирование и определение коэффициентов весомостей единичных показателей качества
1.4.5 Определение значений базовых единичных показателей качества
1.4.6 Определение значений единичных показателей качества оцениваемых образцов
1.4.7 Результаты оценки качества датчиков давления
1.5 Выводы по первой главе. Выбор объекта исследований и методов разработки
Глава 2 Исследования сенсоров давления
2.1 Исследования КНС-сенсоров давления
2.1.1 Определение долговременной стабильности КНС-сенсоров давления
2.1.1.1 Краткое описание испытательного оборудования
2.1.1.2 Программа испытаний
3.1.1.4 Результаты исследований
2.1.2 Определение температурной погрешности КНС-преобразователей давления
2.2 Создание и исследования емкостных кремниевых сенсоров давления
2.2.1 Конструкция оригинального емкостного сенсора давления
2.2.2 Результаты испытаний емкостных сенсоров давления
2.3 Разработка и исследование кремниевых сенсоров давления мультипликативного типа
2.3.1 Мультипликативный принцип измерения давления
2.3.2. Конструкция оригинального сенсора давления мультипликативного типа
2.3.3 Оценка технических параметров мультипликативного сенсора
2.3.4 Результаты испытаний мультипликативного сенсора на воздействие быстропеременного давления
2.4 Выводы по второй главе
Глава 3 Исследования математической модели, описывающей передаточную функцию тензорезисторного сенсора давления
3.1 Потенциальная точность алгоритмического метода коррекции погрешностей сенсора давления
3.2 Определение адекватной математической модели
3.2.1 Методика проведения исследований
3.2.2 Проведение градуировочных экспериментов для получения исходных данных
3.2.3 Постановка задачи аппроксимации и определение критерия оценки математических моделей
3.2.4 Результаты «спора математических моделей»
3.2.5 Проверка адекватности математической модели

3.3 Разработка методики градуировки цифровых ИПД
Выводы по третьей главе
Глава 4 Исследования и разработка новых электронных ИПД
4.1 Исследования и разработка аналогового датчика давления ДМ5007
4.1.1 Оборудование и использованные методы при исследовании датчика давления ДМ5007
4.1.2 Достоинства и недостатки существующих технических решений
4.1.3 Расчет и моделирование схемы электрической принципиальной датчика давления ДМ5007
4.1.4. Методика настройки датчика давления
4.1.5 Результаты применения схемотехнического метода и методики настройки при изготовлении опытной партии датчиков давления
4.1.6 Определение границ погрешностей результата измерения давления
4.2 Исследования и разработка цифрового датчика давления ДМ5007МП
4.2.1 Структурная схема датчика давления
4.2.2 Результаты исследований метрологических характеристик датчиков давления
4.3 Исследования и разработка цифрового манометра ДМ5002
4.3.1 Структурная схема цифрового манометра. Описание режимов работы
4.3.2 Алгоритмическое и программное обеспечение цифрового манометра
4.3.3 Результаты исследований метрологических характеристик цифровых манометров
4.4 Разработка цифрового манометра ДМ5001
4.4.1 Структурная схема цифрового манометра ДМ5001
4.4.2 Описание режимов работы цифрового манометра ДМ5001
4.5 Разработка автоматизированного рабочего места для работы с датчиками давления и цифровыми манометрами
4.6 Квалиметрический анализ разработанных ИПД
4.6.1 Цель и методы квалиметрического анализа разработанных ИПД
% 4.6.2 Таблицы абсолютных единичных показателей качества разработанных ИПД
4.6.3 Таблицы относительных показателей качества разработанных ИПД
4.6.4 Определение комплексных показателей качества разработанных ИПД
4.6.5 Выводы по квалиметрическому анализу разработанных ИПД
4.7 Выводы по четвертой главе
Заключение
Список использованных источников
Приложение А Характеристики современных ИПД
Приложение Б Показатели качества ИПД
Приложение В Результаты исследований стабильности КНС-сенсоров
Приложение Г Перечень организаций, эксплуатирующих разработанные ИПД
Приложение Д Акты внедрения результатов диссертационной работы
Актуальность работы
Давление является одним из важнейших параметров, контролируемых в технологических процессах практически всех отраслей народного хозяйства: предприятиях нефтедобывающего и перерабатывающего комплекса, современной энергетики, в т.ч. атомной, металлургии, пищевой промышленности, машиностроения и других отраслей, а также в научных исследованиях, к примеру, в геофизических. Во всех этих случаях измерение давления с более высокой точностью повышает достоверность получаемых результатов измерения. Потребность в приборах измерения давления предприятиями развивающейся промышленности постоянно нарастает и одновременно требует развития их функциональных возможностей, прежде всего встроенных средств передачи данных - аналоговых и цифровых интерфейсов для работы в системах, а также повышения точности. Это достигается применением новых конструкций измерительных преобразователей, схемотехнических решений, а также средств современной цифровой электроники и алгоритмических методов коррекции погрешностей. Вопросы повышения точности измерений, повышения долговременной стабильности метрологических характеристик, расширения функциональных возможностей преобразователей и снижения себестоимости являются закономерными в постоянном эволюционном процессе развития и совершенствования измерений. Данная диссертационная работа посвящена исследованиям, направленным создание новых современных средств измерения давления.
Целью работы является исследование и разработка аналоговых и цифровых высокоточных измерительных преобразователей давления (ИПД).
Для достижения поставленной цели в работе сформулированы и решены следующие задачи:
номера соответствующих показателей Р1, Р2,...Рп. Каждый эксперт
последовательно сравнивает показатель Р1 с показателями Р2, РЗ,...Рп. Если эксперт считает, что показатель Р1 предпочтительнее показателя Рц то в первой строке в 1-том столбце он ставит единицу (<51/ = 1), в противном случае <51/ = 0. Затем эксперт последовательно сравнивает показатель Р2 с показателями РЗ, Р4,...Рп. Аналогичные операции эксперт производит последовательно с показателями РЗ, Р4,...Рп. Таким образом, заполняется правый верхний угол таблицы. Левый нижний угол заполняется противоположными цифрами. При обработке результатов опроса экспертов значения, полученные в каждой строчке, суммируются:
&•=!>• (1.И).
Показателю, имеющему минимальное значение 57, присваивается ранг Гц=1, следующему по значению показателю - ранг 2 и т.д.
Оценка 1-го коэффициента весомости определяется как

а> (1-12),

/ у
где п-количество показателей, 14-число экспертов.
В таблице 1.4 приведены результаты ранжирования показателей качества датчиков давления и весовые коэффициенты единичных показателей.
Таблица 1.4 Ранги и весовые коэффициенты единичных показателей
Показатель Ранг г, Вес а,
Р4-долговременная стабильность 13 0,143
Р1- основная погрешность 12 0,132
Р5- наличие выходного аналогового сигнала 11 0,121
РЗ- диапазон перестройки предела 10 0,110
Р2- дополнительная температурная погрешность 9 0,099
Рб- наличие выходного цифрового сигнала 8 0,088
Р8- наличие индикатора 7 0,077
Р7- диапазон напряжения питания 6 0,066
Р11- степень защиты корпуса 5 0,055
Р13- диапазон температур измеряемой среды 4 0,044
Р12- диапазон температур окружающей среды 3 0,033
Р9- габаритные размеры корпуса 2 0,022
Р10- масса датчика 1 0,011