Забезпечення метрологічної надійності вимірювальних систем у реальному масштабі часу

Abstract

Для забезпечення придатності методів вимірювання та вимірювального обладнання кіберфізичних систем на основі мереж фізичних та обчислювальних компонентів, які взаємодіють, упроваджують системи керування вимірюваннями. Реалізувати методи оперативного контролювання параметрів вимірювальних каналів розпорошених кіберфізичних систем на основі традиційних підходів практично неможливо через необхідність демонтажу та повторного монтажу їх вимірювальних компонентів. Окрім того, не перевіряються метрологічно з’єднувальні лінії між сенсорами та вимірювальними каналами та між вимірювальними пристроями різної ієрархії. Реалізація ж методу оперативного контролювання на основі переносних кодокерованих мір пов’язана із необхідністю автоматичного коригування похибок для кожного зі значень встановлюваних кодів та суттєвим впливом параметрів комутаційних елементів; це можливо тільки за умови наявності прецизійної елементної бази для відтворення величини, однорідної з вимірюваною. Запропоновано реалізовувати оперативне контролювання вимірювальних каналів кіберфізичних систем на основі тестових методів, що дає можливість відстежувати зміни вимірюваної величини. Для швидкодії доцільно застосовувати просторове розділення вимірювальних каналів із коригуванням похибок. Запропоновано тривходову структуру вимірювального каналу напруги постійного струму та подано її функцію перетворення. Показано, що у випадку незначних змін вимірюваної величини результат вимірювання можна отримати за час одного циклу перетворення. Під час істотних змін вимірюваної величини за умови необхідності регулювання параметрів технологічного процесу в реальному масштабі часу можна визначати швидкість її зміни протягом трьох послідовних циклів перетворення та вибирати будь-яке із отриманих значень. Здійснений аналіз похибок показав, що метрологічні властивості вимірювальних каналів кіберфізичних систем визначаються лише параметрами однозначних зразкових мір електричних величин. Наголошено на можливості реалізації віддаленого калібрування у реальному масштабі часу каналів вимірювання напруги постійного струму за умови, що однозначна міра напруги є знімною та переносною і можна виконати корекцію її додаткових похибок.

In order to ensure the suitability of measurement methods and measuring equipment of cyber-physical systems based on the interacting networks of physical and computing components, measuring-management subsystems are implemented. Realization of operational-checking methods of parameters of measurement channels of scattered cyber-physical systems on the basis of traditional approaches is practically impossible due to the necessity of dismantling and re-installation of their measuring units. In addition, no metrological checks of connecting lines between sensors and measuring channels, and between measuring devices of different hierarchies are foreseen. Implementation of the mentioned methods on the basis of portable code-managed measures is related to the need for automatic error adjustment for each of the values of the set codes and the significant influence of the parameters of switching elements; this becomes possible only if there is a precision element base for reproduction of value homogeneous with a measurable one. It is proposed to carry out operational control of measuring channels of cyber-physical systems on the basis of test methods, which makes it possible to track changes in the measured value. For speed, spatial separation of measuring channels with error correction should be used. Three input structures of the measuring channel of DC voltage are proposed and their transformation function is given. It is shown for minor changes in the measured value the result of the measurement can be obtained during one conversion cycle. During significant changes in the measured value, if it is necessary to adjust the parameters of the technological process in real time, one can determine the rate of its change during 3 successive conversion cycles and choose any of the obtained values. Analysis of errors has exemplified that the metrological properties of measuring channels of cyber-physical systems are defined only by parameters of single-valued measures of the certain electrical quantities. The possibility of realizing remote calibration in real time of measurement channels of DC voltage is emphasized, provided that the unambiguous voltage measure is made the removable and portable, and it is possible to make correction of its additional errors.