Рефераты - Афоризмы - Словари
Русские, белорусские и английские сочинения
Русские и белорусские изложения
 

Информационно-измерительная система контроля уровня топлива в летательных аппаратах

Работа из раздела: «Транспорт»

/

Министерство образования и науки Украины

Национальный технический университет Украины

«Киевский политехнический институт»

Кафедра автоматизации экспериментальных исследований

Расчетная работа

на тему: «Информационно-измерительная система контроля уровня топлива в летательных аппаратах»

Киев 2011

Содержание

Вступление

1. Обоснование предметной области использования ИИС

1.1 Объект измерения и место в нем разрабатываемой системы

1.2 Система измерения количества топлива самолета ЯК-18Т

2. Общая структурная схема ИИС и ее основные технические характеристики

2.1 Структурная схема ИИС

2.2 Основные технические характеристики

3. Математическая модель измерительного сигнала и его основные характеристики

4. Методы цифровой обработки

Выводы

Список литературы

Вступление

Расчетно-графическая работа посвящена разработке информационно-измерительной системе контроля уровня топлива в баках летательных аппаратах.

Необходимость измерения множества самых различных параметров современного самолета в полете, в том числе и уровня топлива, непосредственно связана с безопасностью пассажиро- и грузоперевозок и ставит задачу создания единых систем их измерения, а также расширения состава контрольно-измерительных операций и проведения комплексных проверок с применением специальных приемов, повышающих достоверность получаемой информации.

Разработка выполнена с использованием научно-технической литературы по проектированию многоканальных измерительных систем. Принятое техническое решение обеспечивает оптимальное соотношение аппаратурных затрат, быстродействия и точности измерений.

1. Обоснование предметной области использования ИИС

1.1 Объект измерения и место в нем разрабатываемой системы

Масса топлива на борту летательного аппарата (ЛА) составляет более половины его взлетной массы. Поэтому точное определение его количества и расхода является одной из важнейших задач, решение которых позволяет обеспечить работы силовых установок ЛА. Эту задачу решает топливоизмерительная система (ТИС).

Основной ТИС современных ЛА являются топливомеры и расходомеры. Топливомер служит для формирования измерительной информации о запасе топлива в топливных баках ЛА. Расходомер обеспечивает измерительную информацию о расходе топлива. На основе точного определения запаса и расхода топлива можно рассчитать дальность и продолжительность полета, решить задачи автоматического управления порядком выработки топлива из баков, автоматически производить перекачку топлива из бака в бак для поддержания правильной центровки ЛА, формировать сигнализацию о критическом остатке топлива, определять порядок заправки баков топливом и т.д. [1].

ИИС контроля уровня топлива в баках ЛА предназначена для сбора и преобразования аналоговых сигналов, поступающих от первичных преобразователей неэлектрических величин (электроемкостного датчика) в частоту, ее последующей обработки микроконтроллером и передачи данных на пульт пилота, а также на более высокий иерархический уровень - в систему управления общесамолётным оборудованием. Система может применяться как в составе бортовой аппаратуры, как и аппаратуры систем наземного контроля технического состояния самолета.

Применение микропроцессорной системы управления и обработки информации дает возможность оперативной адаптации всей системы к условиям измерения, т.е. оперативно учитывать влияние изменения климатических и других факторов окружающей среды, гибкого изменения алгоритмов обработки информации и форм ее представления.

Комплексная система программного управления и измерения топлива, установленная на самолете, необходима для измерения суммарного запаса топлива в баках левого и правого полукрыла (раздельно), измерения запаса топлива в каждой группе баков, автоматического управления порядка расхода топлива в полете, управления централизованной заправкой и сигнализации об остатке топлива.

Топливомер питается переменным током напряжением (27±2,7) В, частотой 400 Гц.

1.2 Система измерения количества топлива самолета ЯК-18Т

Количество топлива в баках самолета измеряется топливомером фирмы Westach, который обеспечивает измерение запаса топлива и непрерывную индикацию на приборной доске. На самолете имеются два топливных бака, каждый бак оборудован датчиком топливомера. На приборной доске установлен двухстрелочный указатель. Кроме топливомера на самолете в баках установлены датчики обеспечивающие выдачу сигналов на светосигнальные табло каждого бака о наличии резервного остатка топлива (30 л). Расход топлива измеряется расходомером типа FS-450.

Рисунок 2.2 - Принципиальная электрическая схема топливомера. Т1 - датчик топливомера CAT.395-5S левого бака; Т2 - датчик топливомера CAT.395-5S правого бака; Т3 - индикатор топливомера 2DA4-40; R1, R2 - резистор 680 Ом, 2 Вт; Д10 - автомат защиты АЗК1М-3, установлен на РУ27В.

Индикатор топливомера 2ДА4-40 двухстрелочный с диапазоном измерения от F (полный) до Е (пустой, работает с емкостными датчиками.

Рисунок 2.3 - Установка датчиков топливомеров. 1 - стенка топливного бака (обшивка крыла); 2 - чашка; 3 - крышка лючка; 4 - датчик топливомера; 5 - гермовывод электрического жгута; 6 - винт регулировки показаний топливомера при полном баке; 7 - винт регулировки показаний топливомера при пустом баке; 8 - индикатор топливомера, установленный на приборной доске; 9 - герметизирующие прокладки.

Датчик топливомера CAT.395-5S представляет собой топливный передатчик-измеритель, который работает посредством подачи малого фиксированного количества энергии во внешнюю алюминиевую трубку датчика. Количество энергии, наводимой во вторичном проводнике внутри трубки (и изолированном от нее) зависит от сопротивления, объема, разделяющего два проводника. Микропроцессор в головке датчика измеряет наведенный потенциал, усиливает и направляет в измерительный прибор (индикатор топливомера). Когда количество топлива в датчике уменьшается вследствие выработки, количество воздуха увеличивается, таким образом, непрерывно измеряется количество наводимой энергии. Электроника датчика залита эпоксидной смолой.

Датчик резервного остатка топлива поплавкового типа, состоит из коромысла с поплавком, на котором установлен мощный магнит, и геркона, который установлен с внешней стороны бака на специальной плате. Все детали датчика смонтированы на одной оси. При понижении уровня топлива магнит занимает место напротив геркона, замыкается электрическая цепь и на приборной доске загорается красный светодиод. Датчик регулируется на резервный остаток топлива 30 литров [3].

Рисунок 2.4 - Датчик резервного остатка топлива. 1 - ось вращения штанги с поплавком; 2 - стенка торцевой нервюры крыла; 3 - плата с герконом; 4 - прорезь для регулировки датчика; 5 - фиксирующий винт; 6 - проволочная штанга с поплавком; 7 - поплавок; 8 - нижняя обшивка крыла (бака-отсека); 9 - геркон; 10 - фланец с упорами; 11 - положение штанги с поплавком на верхнем упоре (при полном баке); 12 - магнит; 13 - электрическая клемма геркона; 14 - резиновое уплотнительное кольцо.

2. Общая структурная схема ИИС и ее основные технические характеристики

2.1 Структурная схема ИИС

Измерительная система (ИС): Совокупность измерительных, связующих, вычислительных компонентов, образующих измерительные каналы, и вспомогательных устройств (компонентов измерительной системы), функционирующих как единое целое, предназначенная для:

- получения информации о состоянии объекта с помощью измерительных преобразований в общем случае множества изменяющихся во времени и распределенных в пространстве величин, характеризующих это состояние;

- машинной обработки результатов измерений;

- регистрации и индикации результатов измерений и результатов их машинной обработки;

- преобразования этих данных в выходные сигналы системы в разных целях.

Примечание -- ИС обладают основными признаками средств измерений и являются их разновидностью.

Система предназначена для контроля уровня топлива в летательных аппаратах с использованием электроемкостного датчика типа ДТ63-1. Принцип действия измерительной части топливомера основан на измерение электрической емкости датчика-конденсатора, меняющейся под воздействием изменения количества топлива с помощью самоуравновешивающегося электрического моста переменного тока, одним плечом которого является емкость датчика.

При заполнении баков топливом воздух между трубой датчика-конденсатора вытесняется, и зазор между трубой заполняется топливом. При этом емкость датчика меняется от начального (бак пуст) до максимального значения. По величине электрической емкости датчика судят о запасе топлива, находящегося в баке.

Канал измерительной системы (измерительный канал ИС):

Конструктивно или функционально выделяемая часть ИС, выполняющая законченную функцию от восприятия измеряемой величины до получения результата ее измерений, выражаемого числом или соответствующим ему кодом, или до получения аналогового сигнала, один из параметров которого -- функция измеряемой величины.

Примечание -- Измерительные каналы ИС могут быть простыми и сложными. В простом измерительном канале реализуется прямой метод измерений путем последовательных измерительных преобразований. Сложный измерительный канал в первичной части представляет собой совокупность нескольких простых измерительных каналов, сигналы с выхода которых используются для получения результата косвенных, совокупных или совместных измерений или для получения пропорционального ему сигнала во вторичной части сложного измерительного канала ИС.

Комплексный компонент измерительной системы (комплексный компонент ИС, измерительно-вычислительный комплекс): Конструктивно объединенная или территориально локализованная совокупность компонентов, составляющая часть ИС, завершающая, как правило, измерительные преобразования, вычислительные и логические операции, предусмотренные процессом измерений и алгоритмами обработки результатов измерений в иных целях, а также выработки выходных сигналов системы [4].

В данном курсовом проекте была разработана следующая структурная схема системы контроля уровня топлива ЛА (рисунок 3.1):

Рисунок 3.1 - Структурная схема системы контроля уровня топлива.

Д - электроемкостной датчик ДТ63-1; Г - генератор; ДМ - демодулятор; ФНЧ - фильтр нижних частот; У - усилитель; АЦП - аналогово-цифровой преобразователь.

Среди многочисленных методов измерения количества топлива жидкости набольшее распространение в авиации получили методы, основанные на измерение уровня топлива. Основными из них являются:

- поплавковый - основанный на измерение уровня с помощью поплавка, плавающего на поверхности топлива в баке;

- электроемкостной - реализует зависимость электрической емкости преобразователя-конденсатора от уровня топлива в баке;

- ультразвуковой - основанный на определение уровня топлива по отображению ультразвуковых колебаний от границ разделения двух сред.

В данном курсовом проекте система контроля уровня топлива ЛА реализована на электроемкостном топливомере. Эти топливомеры нашли большое распространение на современных ЛА. Они позволяют решать две задачи:

- формирование измерительной информации о запасе топлива, находящегося в баках, - обеспечивается измерительной частью топливомера;

- сохранение правильной центровки ЛА по мере выработки топлива в баках, сигнализацией об аварийном остатке топлива в баках и т.д. - решается в автоматической части топливомера.

Для преобразования изменения емкости в соответствующие изменение частоты применяются различные электрические схемы включения: резонансные, мостиковые, электростатические и электроимпульсные.

В резонансной схеме емкость датчика является элементом резонансно контура и изменение емкости вызывает изменение резонансной частоты, что в результате приводит к изменению частоты или амплитуды тока, протекающего по контуру [1].

Рисунок 3.2 - а) резонансная схема включения емкостного датчика; б) резонансная кривая.

информационный измерительный система топливо

На рисунке 3.2а) приведена одна из возможных резонансных схем. Резонансный контур LRC питается от генератора Г постоянной частоты. Напряжение u при совпадении резонансной частоты контура с частотой колебания контура будет максимальным. Если резонансная частота контура LRC изменяется вследствие изменения емкости C датчика, то амплитуда напряжения um будет изменяться по резонансной кривой (рисунок 3.2б)). Выбрав рабочую точку М на прямолинейной части резонансной кривой (от А до В), получим изменение амплитуды напряжения, пропорциональное изменению емкости ?C. Таким образом, это не что иное, как известная схема амплитудной модуляции. Напряжение u после усиления может быть подано указательную или записывающую систему [5].

2.2 Основные технические характеристики

Основным датчикам измерительной части топливомера является цилиндрический конденсатор, размещенный в топливном баке (датчик уровня топлива ДТ63-1). Обкладками конденсатора служит набор коаксиально расположенных дюралевых труб. Характеристики датчика приведены в таблице 3.1 [2].

Таблица 3.1 - Характеристики датчика ДТ63-1.

№ п/п

Технические характеристики

ДТ63-1

1

Рабочая жидкость

Углеводородное топливо ТС-1, РТ по ГОСТ10227-90, бензины типа АИ-76, АИ-92 по ГОСТ2084-77 и их отечественные и зарубежные аналоги. Чистота топлива не ниже 8 класса.

2

Придел приведенной погрешности в нормальных условиях, %

±1

3

Придел приведенной дополнительной погрешности в условиях отличных от нормальных, %

±1

4

Выходной электрический сигнал

емкость

5

Напряжение питания постоянного тока, В

(+5) ±2,5%

(+15) ±2,5%

6

Погонная емкость чувствительного элемента, пФ/мм

0,05

7

Длина чувствительного элемента, мм

200-1000

8

Тип соединения

Вилка СНЦ27-7/1В-В-1

Работа системы происходит в два этапа. Первый этап - измерительная процедура, которая включает в себя преобразование емкости в электрический сигнал, его фильтрацию и преобразование аналогового сигнала в код. Второй этап - обработка принятой информации контроллером, передача и отображение результатов измерения, а также формирование управляющих воздействий на аналоговый блок для продолжения выполнения заданного алгоритма измерения.

Электроемкостной датчик уровня преобразуют изменение емкости в электрический сигнал, а именно, в частоту. Демодулятор ДМ преобразует изменение амплитуды высокочастотных колебаний генератора в изменение постоянного напряжения. С выхода демодулятора ДМ сигнал поступает на фильтр нижних частот ФНЧ, который устраняет неинформативные высокочастотные составляющие (в том числе и наводки с частотой бортовой сети 400 Гц) в измеряемом сигнале. С ФНЧ сигнал идет на усилитель У, где увеличивается до необходимого значения. АЦП производит преобразование измеряемого сигнала в двоичный код. Далее этот код считывается контроллером МВБ, обрабатывается по заданному алгоритму, и передается на пульт пилота для отображения результатов анализа на блоке индикации БИ, а также по мультиплексному каналу обмена MIL-STD 1553b передается на более высокий уровень системы управления общесамолетным оборудованием. МВБ работает с внешними памятью программ ПЗУ и ОЗУ, в котором хранятся массивы данных и промежуточные результаты измерения. БИ предназначен для визуального отсчета результатов измерения уровня топлива в баках ЛА, а также индикации состояния системы в процессе самодиагностики. МАД предназначен для долговременного хранения необходимых результатов измерения, а также информации о сбоях и аварийных ситуациях в системе.

3. Математическая модель измерительного сигнала и его основные характеристики

Для анализа структурную схему канала системы контроля уровня топлива можно представить в виде, приведенном на рисунке 3.1

Рисунок 3.1 - Структурная схема системы контроля уровня топлива.

Д - электроемкостной датчик ДТ63-1; Г - генератор; ДМ - демодулятор; ФНЧ - фильтр нижних частот; У - усилитель; АЦП - аналогово-цифровой преобразователь.

Уравнение преобразования измерительного канала (как для разомкнутой блок-схемы) имеет вид:

(2.1)

или

, (2.2)

где Р - значение давления (измеряемый параметр);

К? - общий коэффициент преобразования измерительного канала;

NвыхР - выходной код АЦП, пропорциональный измеряемому давлению;

КИПД - коэффициент преобразования датчика давления;

КСПУ - коэффициент передачи согласующего преобразовательного устройства;

ККм - коэффициент передачи коммутатора Км;

КФПЧ - коэффициент передачи ФНЧ;

КАЦП - коэффициент передачи АЦП.

По уравнению преобразования, проведем структурный расчет канала измерения уровня топлива.

Цель расчета - определение значений коэффициентов передачи и уровней входных и выходных сигналов каждого блока, входящего в состав измерительного канала.

Исходными данными для расчета являются следующие параметры:

- диапазон изменения измеряемой емкости;

- тип и характеристика преобразования электроемкостного датчика уровня;

- значение номинального входного напряжения АЦП.

На основании анализа характеристик электроемкостного датчика уровня, выбираем малогабаритный электроемкостной датчик уровня с токовым выходом фирмы «Техприбор» серии ДТ63-1, характеристики которого приведены в таблице 3.1.

Для вывода зависимости между уровнем топлива в баке и емкостью датчика введем следующие обозначения (рисунок 3.3): 1, 2, 3 -- диэлектрические постоянные жидкости, материала изолятора и смеси паров жидкости и воздуха соответственно; R1, R2, R3 -- радиусы внутреннего электрода, изолятора и внешнего электрода; х -- уровень жидкости; h --полная высота датчика. Вследствие наличия изоляционного слоя имеется возможность измерять уровень полупроводящих (вода, кислота и др.) жидкостей. В качестве изолятора можно использовать стекло, резину или другой материал в зависимости от природы жидкости. При измерении уровня непроводящих жидкостей (керосин, бензин) изоляционный слой не применяют.

Если пренебречь концевым эффектом, то можно принять, что емкость нижней части цилиндрического конденсатора будет рассчитываться по формуле 3.1:

(3.1)

Подобно этому емкость верхней части конденсатора найдем из соотношения 3.2:

(3.2)

Суммируя емкости Сх и Ch, получим полную емкость конденсатора, которая будет равна (3.3):

(3.3)

Из этого выражения следует, что емкость конденсатора является линейной функцией уровня жидкости х. Таким образом, измерение уровня жидкости можно свести к измерению емкости конденсатора С.

Чувствительность емкостного датчика определяется выражением 3.4:

(3.4)

Легко видеть, что наибольшая чувствительность будет в том случае, когда R2/R1 стремится к 1, т. е. когда слой изоляции отсутствует. При этом получим следующее выражение (3.5):

(3.5)

Так как диэлектрическая постоянная полупроводящих жидкостей значительно больше, чем непроводящих, то изменение емкости на единицу длины в первом случае будет больше, чем во втором. Отсюда следует, что емкостный метод измерения уровня особенно эффективен для полупроводящих жидкостей.

Из выражения (3.5) следует, что для увеличения чувствительности величину R3/R2 нет необходимости брать большой. Если величина R3 -- R2 мала, то на точность показаний прибора значительное влияние будет оказывать вязкость жидкости. Следовательно, слой жидкости между электродами должен быть таким, чтобы вязкость не оказывала влияния на уровень жидкости. Обычно ограничиваются зазором R3 -- R2=l,5 - 6 мм, а для увеличения чувствительности датчик собирают из нескольких концентрических труб, образующих параллельно соединенные конденсаторы [5].

В данном курсовом проекте задаемся максимальным значение емкости датчика, которое будет соответствовать максимальному уровню топлива в баке ЛА, и составляет: Cmax = 100 пкФ. Следовательно, выходная емкость, которая будет соответствовать минимальному уровню топлива, будет равна: Cmin = 50 пкФ (см. таблица 3.1).

Определим минимальное и максимальное значения выходного напряжения датчика в заданном диапазоне измерения уровня топлива: hmin = 0 мм и hmax = 1000 мм. Для этого предварительно составим аналитическое выражение связи между емкостью С и выходным напряжение U. На рисунке 3.2 б) показана идеализированная графическая зависимость между указанными параметрами.

На графике значения hmin = 0 мм (точка A) и hmax = 1000 (точка B) мм ограничивают диапазон измеряемого датчиком уровня, UA = 4 В и UB = 20 В - выходное напряжение датчика, соответствующие крайним точкам диапазона уровней hA - hB. Задача состоит в нахождении аналитической зависимости U = f(С) и соответствующих значений Umin и Umax.

Запишем уравнение прямого участка по двум точкам с координатами (CA, UA) и (CB, UB) [ ]:

,

где Р - текущее значение давления, кПа,

I - выходной ток датчика при давлении Р, мА.

Определим диапазон изменения выходного тока датчика РТХ 7500 при работе в заданном диапазоне давлений Pmin = 10 кПа и Pmax = 120 кПа:

мА

мА

Для преобразования тока датчика в напряжение на входе СПУ установлен нагрузочный резистор. Значение сопротивления этого резистора зависит от двух факторов - во- первых, падение напряжения на резисторе не должно превышать напряжения питания датчика, а во - вторых, падение напряжения на резисторе не должно превышать номинального входного напряжения последующего каскада, а также номинального входного напряжение АЦП.

Для большинства АЦП входной сигнал не должен превышать 5 В. Примем этот параметр в качестве расчетного. Тогда максимальное напряжение на резисторе нагрузки токового выхода датчика составит 5 В. Определим сопротивление нагрузки Rн :

Ом

Для обеспечения десятипроцентного запаса по перегрузке примем Rн = 330 Ом.

При этом минимальное и максимальное напряжение на нагрузочном резисторе (на входе СПУ) составит:

Дальнейшего усиления сигнала (при максимальном входном сигнале АЦП 5 В) не требуется, поэтому коэффициенты передачи ДМ, ФНЧ приняты равными единице.

Теперь по полученному уравнению преобразования (5.1) и (5.2) составим уравнение погрешностей канала измерения давления. Уравнение погрешностей составим отдельно для мультипликативной и аддитивной составляющих.

Определим коэффициенты влияния i мультипликативной погрешности каждого блока канала на суммарную составляющую мультипликативной погрешности. Согласно, коэффициенты влияния i-го блока на суммарную погрешность ?i определяются следующим образом:

.

Определим коэффициент влияния измерительного преобразователя давления ?Д:

.

Таким же образом определяем остальные коэффициенты влияния:

.

Для мультипликативной составляющей погрешности измерительного канала запишем реальное уравнение преобразования:

NСKД(1+Д)КДМ(1+ДМ)КФНЧ(1+ФНЧ)КУ(1+У )КАЦП(1+АЦП),

где КД … КАЦП - идеальные коэффициенты передачи блоков;

Д … АЦП - мультипликативная составляющая погрешности блока.

После алгебраических преобразований, пренебрегая погрешностями второго и более порядка малости, получим:

где Кi0 - идеальный коэффициент передачи i-ого блока, входящего в состав измерительного канала;

i - мультипликативная составляющая погрешности i-ого блока.

С учетом того, что все коэффициенты влияния ?i равны 1, выражение для систематической составляющей мультипликативной суммарной погрешности сист примет вид:

где iсист - систематическая составляющая мультипликативной погрешности i-го блока.

Случайная составляющая суммарной мультипликативной погрешности сл зависит от законов распределения суммируемых погрешностей и наличия корреляции между ними. Предположим, что составляющие погрешностей отдельных блоков некоррелированы и распределены по нормальному закону. В этом случае для среднеквадратического отклонения мультипликативной составляющей погрешности (с учетом, что i =1) справедлива формула:

где сл) - с.к.о. мультипликативной составляющей суммарной погрешности измерительного канала.

Предел допускаемой мультипликативной составляющей суммарной погрешности составит:

где k - коэффициент, учитывающий закон распределения суммарной погрешности (для нормального закона k=3 при доверительной вероятности Рдов=0,997).

Уравнение погрешности для аддитивной составляющей измерительного канала имеет вид:

где i - значение аддитивной погрешности, действующей на входе i-го блока.

Приведем эту погрешность ко входу измерительного канала, согласно нормирования погрешности в ТЗ, разделив ?? на коэффициент преобразования канала К? :

,

где ?i - коэффициенты влияния аддитивной погрешности i -го блока;

?i - приведенная к входу аддитивная погрешность i-го блока.

Коэффициенты влияния i соответственно равны:

1 =1;

2 = 1 / KД;

3 = 1 / KД КДМ;

4 = 1 / KД КДМ КФНЧ;

5=1 / KД КДМ КФНЧ КУ .

Случайные составляющие аддитивной погрешности, приведенные ко входу i-го блока суммируются геометрически (при отсутствии корреляции):

,

где - среднеквадратичное отклонение (с.к.о.) случайной составляющей аддитивной погрешности;

- с.к.о. случайной составляющей аддитивной погрешности i-го блока;

i - коэффициент влияния случайной составляющей аддитивной погрешности i-го блока.

Предел допускаемой аддитивной составляющей погрешности канала измерения давления составит:

,

где k - коэффициент, учитывающий закон распределения .

На основании уравнений погрешности проведем предварительное распределение погрешностей между блоками измерительного канала.

Предварительный анализ и распределение погрешностей между блоками проведем с учетом уравнения погрешностей. Суммарную погрешность измерения - 3% распределим на мультипликативную и аддитивную составляющую следующим образом:

U = 1,8% и U = 1,2%.

Источниками возникновения мультипликативных погрешностей канала измерения уровня топлива являются:

- погрешность коэффициента преобразования Д (в том числе его нелинейность);

- погрешность коэффициента передачи ДМ, вызванная погрешностями резистора - шунта и нестабильностью коэффициента передачи активных элементов;

- погрешность коэффициента передачи ФНЧ;

- погрешность коэффициента передачи У;

- погрешность преобразования в конечной точке шкалы АЦП и нелинейность шкалы преобразования.

Причинами возникновения аддитивных погрешностей являются:

- собственные шумы Д;

- напряжение смещения операционных усилителей блока ДМ;

- погрешности, вызванные конечным значением коэффициента ослабления синфазных составляющих и питающих напряжений операционных усилителей блока ДМ;

- напряжение смещения ОУ ФНЧ;

- напряжение смещения шкалы преобразования АЦП;

- погрешность от квантования.

С учетом перечисленных источников погрешности предварительное распределение погрешностей по блокам представлено в таблице 3.2, причем указаны значения аддитивных погрешностей приведенных ко входу с учетом коэффициентов влияния.

Таблица 3.2 - Предварительное распределение погрешности канала измерения уровня топлива.

Блок

Мультипликативная

Аддитивная

Сист.

Случ.

Сист.

Случ.

1. Д

2. ДМ

3. ФНЧ

4. У

5. АЦП

0,15

0,3

0,06

0,03

0,06

0,3

0,45

0,3

0,45

0,06

0,15

0,09

0,15

0,06

0,075

0,09

0,3

0,15

0,06

0,075

Проведем проверку значений и при таком распределении погрешностей.

Для систематической составляющей мультипликативной погрешности сист:

сист = Дсист +ДМ сист +ФНЧ сист +У сист +АЦП сист = 0,15 + 0,3 + 0,06 + 0,03 +0,06 = 0,6 %

Для проверки значения случайной составляющей мультипликативной погрешности сл предположим, что составляющие погрешностей распределены по нормальному закону:

.

Предел допускаемой мультипликативной составляющей погрешности канала измерения напряжения составит:

,

т.е. не превышает принятого значения.

Для приведенных ко входу аддитивных погрешностей суммарная систематическая составляющая сист равна:

сист = 0,15 % + 0,09 % + 0,15 % + 0,06 % + 0,045 % =0,54%.

Для случайной составляющей сл (при нормальных законах распределения) получим:

сл = .

Предел допускаемой аддитивной погрешности t составит:

= сист + сл = 0,54+0,39 = 0,93 %,

что также не превышает принятого значения для этой погрешности.

Значения погрешностей (см. таблицу 3.2) являются исходными данными при проектировании принципиальных схем измерительного канала.

4. Методы цифровой обработки

Рассмотрим принцип работы интерфейса MIL STD 1553b.

В настоящее время интерфейс MIL-STD-1553b используется на большинстве военных самолетов. Его широкое распространение долгая жизнь связанны со следующими достоинствами:

- Линейная топология. Такая топология идеально подходит для распределенных комплексов оборудования подвижных объектов. По сравнению с радиальными связями (например, ARINC 429) резко уменьшается количество связей, тем самым экономятся масса и габариты оборудования. Во-вторых, упрощается конструкция и техобслуживание. В третьих, повышается гибкость: при такой топологии легко подключать новые устройства или исключать какие-то из имеющихся.

- Надежность. В МКИО шина дублирована и обеспечивается автоматическое переключение на резервную шину при отказе основной шины.

- Детерминизм. Протокол «команда-ответ» обеспечивает работу в реальном масштабе времени, что крайне важно для критических функций.

- Поддержка неинтеллектуальных терминалов. Предусмотрена возможность подключения простых терминалов - датчиков, исполнительных устройств.

- Высокая устойчивость к отказам. Электрическая изоляция терминала путем подключения его через развязывающий трансформатор обеспечивает нормальную работу шины при отказе терминала.

- Широкая доступность компонентов. Микросхемы для этого вида интерфейса повсеместно производятся.

В состав МКИО (рисунок 4.1) входят контроллер, оконечные устройства и магистральная линия передачи информации. Контроллер управляет обменом информацией, контролирует состояние оконечных устройств и свое собственное. Конструктивно он выполняется либо в виде отдельного устройства, либо входит в состав БЦВМ. Оконечное устройство (ОУ) принимает и выполняет адресованные ему команды контроллера, осуществляет сопряжение бортового оборудования с линией передачи информации, контролирует передаваемую информацию, выполняет самоконтроль и передает результаты контроля в контроллер. Оконечное устройство конструктивно либо входит в состав бортового оборудования или БЦВМ, либо выполняется в виде отдельного устройства.

Необходимая надежность системы связей достигается путем резервирования линии передачи информации.

Скорость передачи в канале 1 Мбит/с. Скорость передачи собственно информации (т.е. с учетом временных затрат на передачу служебной информации, синхронизацию и т.п.) составляет 680-730 Кбит/с. Способ обмена информацией - асинхронный.

Рисунок 4.1 - Мультиплексный канал информационного обмена.

Выводы

Необходимость измерения множества самых различных параметров современного самолета в полете, в том числе и уровня топлива, непосредственно связана с безопасностью пассажиро- и грузоперевозок и ставит задачу создания единых систем их измерения, а также расширения состава контрольно-измерительных операций и проведения комплексных проверок с применением специальных приемов, повышающих достоверность получаемой информации.

Разработка выполнена с использованием научно-технической литературы по проектированию многоканальных измерительных систем. Принятое техническое решение обеспечивает оптимальное соотношение аппаратурных затрат, быстродействия и точности измерений.

Список литературы

1 Воробьев В.Г., Глухов В.В., Кадышев И.К., «Авиационные приборы, информационно-измерительные системы и комплексы» М.: Транспорт, 1992. - 399 с.

2 Волошин Ф.А., Кузнецов А.Н. Покровский В.Я., Соловьев А.Я, «Самолет Ту-154. Конструкция и техническое обслуживание» М.: Машиностроение, 1975. - 250 с

3 «Руководство по летной эксплуатации самолета ЯК-18Т. Раздел 8. Эксплуатация сисетем и оборудования»13-15 с.

4 Володарский Е.Т., «Конспект лекций по Информационно-измерительным системам».

5 Боднер В.А., Фрилиндер Г.О., Чистяков Н.И., «Авиационные приборы» М.: Оборонгиз, 1960. - 512 с.

6 Готра З.Ю., Ильницкий Л.Я., Полищук Е.С и др., «Датчики: справочник» Л.: Каменяр, 1995. - 312 с,

ref.by 2006—2019
contextus@mail.ru