Забезпечення метрологічної надійності в розпорошених вимірювальних системах

Abstract

У сучасній вимірювальній техніці кіберфізичні системи як розпорошені інтелектуальні системи на основі мереж фізичних та обчислювальних компонентів, які взаємодіють, забезпечують нові функціональні можливості щодо покращення якості процесів вимірювань. Для забезпечення ефективності вимірювань у розпорошених інформаційно-вимірювальних пристроях запропоновано використовувати переносні кодокеровані міри-імітатори. Застосування таких переносних кодокерованих мір дає змогу практично впроваджувати системи керування вимірюваннями, які забезпечують придатність методів вимірювання та вимірювального обладнання до використання за призначенням та заданий рівень ризиків отримання невірогідних результатів вимірювання. Показано також, що оперативне контролювання параметрів вимірювальних каналів дає змогу забезпечити метрологічну надійність розпорошених кіберфізичних систем, оскільки традиційні підходи в цьому випадку фактично не можна використовувати. Показано, що побудова калібраторів пасивних величин пов’язана із істотним впливом параметрів комутаційних елементів. Зазначено, що використання принципу імітації дає можливість водночас підвищити дискретність, точність і надійність та розширити функціональні можливості багатозначних мір електричного опору та імпедансу. Запропоновано реалізовувати чотиризатискачеві міри електричного опору в низькоомному (сильнострумовому та низьковольтному) діапазоні відтворення з корекцією похибок його вимірювання методом зміни напряму струму. В середньоомному піддіапазоні розглянуто способи побудови чотирипровідних імітаторів опору із інваріантністю до впливу адитивних зміщень схеми та уніфікацією із калібраторами напруги постійного струму. У високоомній області запропоновано трипровідні кодокеровані міри провідності із використанням високовольтного подільника напруги, що робить їх придатними для мікроелектронного виконання. Запропоновано та проаналізовано кодокеровані міри адмітансу для оперативного контролювання вимірювачів імпедансу. Аналіз похибок показав, що метрологічні властивості мір-імітаторів імітансу практично визначатимуться лише параметрами зразкових мір опору, ємності та індуктивності. Розроблені та проаналізовані структури кодокерованих мір електричного опору та комплексної провідності можуть бути реалізовані в мікроелектронному виконанні в базисі програмованих систем на чипі. Наголошено на можливості практичної реалізації універсального переносного калібратора напруги, електричного опору постійному струму та імпедансу з автоматичною корекцією похибок.

Cyber-physical systems as dispersed systems based on interacting networks of physical and computing components provide new functionalities for improving the quality of measurement processes. It is proposed to carry out automated operational setup of metrological parameters of these systems measuring channels during operation basing on the code-controlled measures-imitators. The application of such measures allows the implementation of control systems ensuring the suitability of measuring methods and measuring equipment to intended applications. It is also shown that the operational control of the measuring channels parameters allows ensuring the metrological conformity and reliability of the dispersed cyber-physical systems, since the traditional methods cannot be used here. It demonstrates that construction of passive electric values calibrators disparate of active ones, is associated with fundamental constraints due to the impacts of the switching elements parameters. It is confirmed that the implement of the simulating electric resistance principle for the considered circuits is conjugated simultaneously to the enhancement of discreteness, exactness and reliability, and functionality. It is proposed to implement the four-clamping measures of electric resistance at the low-voltage reproduction range. Enhancement of the obtained measurements results is achieved by their processing for two polarities of the measuring currents. Ways of designing four-conductor resistance imitators with invariance to their additive errors impacts are considered. It is also suggested and analyzed code-controlled measures of admittance, which can be used for impedance meters’ operative control. The errors analysis envisages that the simulators metrological properties of immittance measures could be determined only by parameters of the applied measures of resistance, capacitance and inductance. The suggested and analyzed code-controlled measure structures of electrical resistance and complex conductivity on the basis of chip-programmable systems can be implemented in microelectronics. Practical implementation of a universal portable calibrator of active and passive electric values with automatic error correction is considered.