Программный комплекс "Тепловой взрыв" (стр. 115 )

управление процессом сбора первичной измерительной информации путем подачи команд на АЦП, нормирующие усилители и устройства электроавтоматики, с помощью которых осуществляется управление внешним объектом; обработку первичной измерительной информации; отображение результатов в форме, удобной пользователю; хранение массивов первичной измерительной информации результатов обработки; тестирование состояния ИВС и измерительных каналов, организацию их самонастройки, управление каналами связи.

Дадим элементарные сведения о работе ИВС [4].

Физические величины, коды которых выдаются измерительным каналом, подвергаются дискретизации по уровню. Дискретность воспринимаемой каналом физической величины определяется разрядностью АЦП n и диапазоном изменения входной величины x:

При малом числе разрядов АЦП и большим значением диапазона измерения погрешность дискретизации может иметь существенное значение и ее необходимо учитывать.

Помимо дискретизации входной величины по уровню осуществляется ее дискретизация по времени. Погрешность восстановления функции по ее дискретным отсчетам зависит от интервалов времени между соседними отсчетами и скорости изменения исследуемой физической величины.

Предполагается, что физические величины, полученные при измерении, соответствуют функционированию кинетического реактора в режиме идеального смешения, т. е. зависят только от времени и не зависят от локального положения датчиков. При этом, измеряемая температура во времени является независимым фактором эксперимента, а изменение давления во времени – функционалом от этой функции. Отметим, что указанное утверждение справедливо для методов исследования кинетики, где наблюдаемый отклик является интегральной кинетической величиной. В случае кинетического отклика, который соответствует дифференциальной кинетической величине, последнее утверждение является неверным. В этом случае значение наблюдаемого кинетического отклика определяется значением температуры в этот момент времени.

Задание временных параметров цикла опроса измерительных каналов выполняется из условия, чтобы ожидаемое изменение значений измеряемых параметров за цикл опроса было примерно на порядок меньше точности измерения соответствующего параметра. Для скорости нагревания 1°С/мин и точности измерения температуры примерно 0.1°С это условие приводит к времени цикла опроса каналов примерно 0.5 сек. Оценка максимальных ожидаемых значений газовыделения за это время в типичном опыте (температура 150°С, навеска образца 10 г) приводит к значениям газовыделения существенно меньшим, чем 10% от точности измерения этого параметра. В соответствии с результатами такой оценки время 0.5 сек установлено как время циклического опроса всех каналов. Время измерения и обработки входных аналоговых сигналов существенно менее принятого периода опроса каналов.

Для устранения влияния случайных погрешностей (шумов), которые могут быть вызваны, например, электромагнитными помехами при передаче сигнала по кабелю, осуществляется цифровая фильтрация входной информации. Для этого на каждом цикле измерения производится опрос канала с частотой 2 Кгц с формированием в постоянной памяти массивов входных данных каждого канала из 40 последовательных измерений каждого измеряемого параметра и усреднением полученных результатов по следующему алгоритму:

где xcгл, j – сглаженное значение измеряемой величины на j–ом такте ее измерения;

j – номер такта измерения;

М – число последовательных опросов измеряемой величины на одном такте измерения;

xc – мгновенное значение результата измерения.

Указанный алгоритм сглаживания реализован аппаратно.

Необходимо отметить, что сигнал должен быть отфильтрован от шумов до цифровой обработки в контроллере. Это является необходимым условием правильного выбора периода дискретизации при вводе сигнала. Дело в том, что для адекватного восстановления исходного аналогового сигнала по дискретным данным, частота дискретизации должна не менее чем в два раза превышать наивысшую частоту в спектральном разложении вводимого сигнала (спектральный состав может быть получен в результате разложения сигнала в ряд Фурье) [6]. При более низкой частоте дискретизации в восстановленном сигнале появится ложная составляющая (так называемая псевдочастота), которую невозможно детектировать и устранить на этапе цифровой обработки. Наличие высокочастотного шума потребует очень высокой частоты дискретизации (частоты опроса датчика), что будет неоправданно загружать контроллер.

В каждом массиве измеряемого параметра данные после фильтрации поступают на обработку функциями программы реального времени.

В результате эксперимента и первичной обработки его результатов в реальном времени формируется массив информации для последующего кинетического анализа вида {}, где фi - время от начала опыта, – температура в момент , – количество молей кислорода, образовавшегося до момента времени .

Текущее время определяется по текущим показаниям счетчика – таймера:

Алгоритм определения температуры, используемый в ИВС, следующий:

на каждом цикле измерения i в момент времени измеряются текущий сигнал термопары и температура холодных спаев ; по стандартной градуировочной характеристике данной термопары, находится значение поправки термоЭДС термопары, соответствующее отличию температуры холодных спаев от их стандартного значения 0℃:

       

определяется скорректированное значение сигнала термоЭДС термопары, приведенное к температуре холодных спаев 0℃:

       

с использованием "обратной" стандартной градуировочной характеристики термопары определяется температура tст, i в точке измерения, если бы она измерялась стандартной термопарой; определяется поправка, учитывающая отличие индивидуальной градуировочной характеристики термопары от стандартной и определяется искомая температура

Определение поправки, учитывающей отличие индивидуальной градуировочной характеристики термопары от стандартной, выполняется при калибровке термопары по стандартным веществам.

Текущее количество молей кислорода, образовавшегося в реакционной ячейке до момента времени по уравнению состояния идеальных газов:

               (17.1)

где кислорода, образовавшегося к моменту времени ;

– свободный объем реакционной ячейки при температуре

R – универсальная газовая постоянная.

Значение определяется в результате измерения общего давления в реакционной ячейке и вычитания из него составляющей давления инертного газа (обычно, воздуха), находящегося в реакционной ячейке до начала опыта и парциального давления паров ПВнад его раствором: