ЗМІСТ

Вступ 8

1. Розробка інформаційної моделі системи перетворення
вимірюваних даних 10

1.1. Спектральна модель інформаційно-вимірювальної системи 10

1.2. Дослідження характеристик моделі, реалізованої на основі спектральних оцінок шумів контрольованого середовища 19

2. Розробка структури та програмного забезпечення системи
вимірювання витрати 24

2.1. Розробка структур засобів вимірювання на основі
спектральної моделі 24

2.2. Розробка цифрової системи вимірювання витрати на основі спектральних оцінок шумів потоку газу 28

3. Реалізація задачі створення комплексної системи звіряння побутових лічильників газу 33

3.1. Обґрунтування вибору методів та засобів для реалізації інформаційно-вимірювальної системи
на основі спектральних оцінок 33

3.2. Аналіз наявних структур та розробка зв’язків задіяних
таблиць бази даних 35

3.3. Розробка програмного забезпечення, алгоритмів вимірювання та контролю витрати 39

4. Економічне обґрунтування розроби……..…………………………………43

4.1. Розрахунок витрат на розробку програмного забезпечення…………43

4.2. Розрахунок капітальних вкладень……………………………………..45

4.3. Розрахунок експлуатаційних витрат…………………………………47

4.4. Розрахунок зведених економічних показників……………………………47

5. Охорон праці 49

5.1. Вибір та обґрунтування розмірів виробничих приміщень…………...49

5.2. Метеорологічні умови виробничого середовища…………………….50

5.3. Освітлення виробничих приміщень…………………………………...52

5.4. Заходи по зниженню шуму, вібрації, ультразвуку……………………54

5.5. Електробезпека…………………………………………………………56

5.6. Пожежна безпека……………………………………………………….57

Висновки 59

Перелік використаної літератури 60

Додатки 64

ВСТУП

Системи повірки чи атестації будь-яких пристроїв потребують періодичних звірянь як із системами вищого класу точності так і між собою (системами того ж класу), в залежності від методу відтворення контрольованої величини.

Таким чином процес звіряння має ряд характерних особливостей.

Перш за все значна кількість математичних розрахунків, які поводяться обслуговуючим персоналом вручну, приводить до збільшення ймовірності появи помилки в цих розрахунках, що приводить до додаткових затрат часу.

Іншою особливістю є те, що процедура звіряння фактично не змінюється потребуючи при цьому проведення багаторазових експериментів та значних об’ємів обчислень, а одноманітний процес роботи, особливо при підвищенні інтенсивності праці, негативно впливає на психофізичний стан людини.

Розвиток обчислювальної техніки відриває нові можливості в напрямку автоматизації таких процесів.

Використання електронно-обчислювальних машин дозволяє значно точніше оцінювати отриману інформацію, обробляти і видавати результати у зручній для оператора формі.

Висока надійність сучасних електронно-обчислювальних машин, їх комунікабельність, висока адаптивність до різноманітних задач, дозволяє створювати надійні, гнучкі та високоточні засоби вимірювання, які працюють в інтерактивному режимі, в режимі реального часу, мають змогу паралельно приймати та обробляти отриману інформацію.

Сучасні автоматизовані системи не потребують значних енергетичних витрат і володіють невеликими габаритними розмірами, не складні і зручні у використанні.

Одним з перспективних напрямків реалізації транспортних еталонних засобів вимірювання витрати газоподібних середовищ та рідин для проведення звіряння стаціонарних еталонних установок, а також робочих еталонів для промислових повірочних установок є використання методу дисперсійних оцінок випадкових процесів, які генеруються вимірюваним середовищем внаслідок його переміщення.

На основі попередньо проведених досліджень розроблено відповідні методи цифрової обробки вимірювальної інформації а також реалізовано структурну схему інформаційно-вимірювальної системи, що ґрунтується на методі динамічної оцінки дисперсії шумів контрольованого середовища.

Таким чином необхідно на основі експериментальних досліджень проаналізувати метрологічні характеристики аналітичного опису для реалізації спрощеної математичної моделі методу та визначити відносну похибка реалізацій.

Узагальненням проведеної роботи є розробка конструкції замірної ділянки для розробленого методу, а також відповідного алгоритмічного та програмного забезпечення для проведення експериментальних досліджень для реалізації процедури звіряння вище згаданих засобів.

В більшості випадків процедуру звіряння доцільно розділити на два етапи: здійснення вимірювання в режимі реального часу і режимі запису. В режимі запису інформаційний сигнал з первинного перетворювача трансформується в цифрові пакети, які записуються в пам’ять ЕОМ. Такий підхід дозволить використати їх для вивчення характеристик еталонних засобів за допомогою аналізу випадкових процесів на етапах дослідження шумових сигналів; аналізу конструктивних особливостей системи; випробовування різних методик і алгоритмів цифрової обробки вимірювальної інформації; градуювання тощо.

1. РОЗРОБКА ІНФОРМАЦІЙНОЇ МОДЕЛІ СИСТЕМИ ПЕРЕТВОРЕННЯ ВИМІРЮВАНИХ ДАНИХ

1.1 Спектральна модель інформаційно-вимірювальної системи

На основі існування залежності між витратою Q та енергетичним спектром випадкових сигналів Es, що виникають в процесі протікання газу замірною ділянкою, здійснено розробку алгоритму проведення аналізу спектральних характеристик попередньо оцифрованого сигналу первинного перетворювача згідно вимог, які подано в розділі 2.

В попередніх розділах обґрунтовано вибір значень параметрів для проведення спектрального аналізу: основу для швидкого перетворення Фур’є (ШПФ) L обирають із значень ступенів числа 2 і обрано L = 211 = 2048 оскільки менші значення не забезпечують прийнятної стійкості спектральної оцінки, а більші значення приводять до суттєвого збільшення кількості обрахунків.

Оскільки значення кореляційного вікна для значення u, що перевищує значення точки відсікання кореляційного вікна U (u > U) рівне нулю, то обраховувати кореляційну функцію для зсуву більшого за точку відсікання недоцільно, отже M = U — максимальний зсув автокореляції і точка відсікання кореляційного вікна M = U = 512. Таким чином довжина вибірки шумового сигналу складає N = L – (M – 1) = 2048 –– ) = 1537. При частоті дискретизації 44100 вибірок за секунду це дорівнює довжині реалізації шумового сигналу тривалістю 34,9 мс, що, задовольняє вимозі до мінімальної довжини реалізації, при якій цей сигнал можна вважати стаціонарним.

В загальному випадку вибіркова оцінка спектру знаходиться як перетворення Фур’є автокореляційної функції процесу:

, (1.1)

де

– оцінка спектру;

– згладжена автокореляційна функція процесу;

M – максимальний зсув автокореляції (точка відсікання кореляційного вікна);

Для реалізації спектральної моделі запропоновано алгоритм обробки оцифрованих випадкових шумових сигналів, що утворились внаслідок протікання газу замірною ділянкою:

1. Формується L-точкова послідовність, додаванням до N-точкової вибірки сигналу M – 1 нулів.

2. Визначається оцінка автокореляційної функції з використанням ШПФ за алгоритмом, наведеним в розділі 2.2.

3. Виконується процедура згладжування отриманої оцінки автокореляції за допомогою вікна Бартлетта з точкою відсікання U .

4. Здійснюється процедура ШПФ згладженої оцінки