Стенд и оборудование для испытаний и измерений VI

Вчера провел следующий опыт.
Цель - оценить ошибку вносимую программно-аппаратным комплексом при измерении частоты.
Что делалось:
На ноутбуке с АС97 запускалась программа генератор сигналов заданной формы (пульс, синус, пила) на частотах 1000, 2000, 4000, 6000 Нz на 50% выходного уровня. Взвуковой выход с бука включался на линейный вход десктопа. На котором установлена программа и оцифровка велась 16 бит на 48000 кГц.

Результат:
[тд]Частота[/тд][тд]Форма сигнала[/тд][тд]Результат[/тд][тд]1000 Hз[/тд][тд]Син[/тд][тд]равномерный разброс 0,2 Гц[/тд][тд]1000 Hз[/тд][тд]Меандр[/тд][тд]периодическая структура изменения частоты. Размах 0,12 Гц[/тд][тд]2000 Hз[/тд][тд]синус[/тд][тд]0,1 Гц средний разброс, есть пики 1-2 раза в секунду 0,4 Гц [/тд][тд]2000 Нз[/тд][тд]Меандр[/тд][тд]0,2 Гц размах разброса частот[/тд][тд]4000 Hз[/тд][тд]Синус[/тд][тд]разброс частот 0,1 Гц, размер пиков 0,4 Гц[/тд][тд]4000 Hз[/тд][тд]Меандр[/тд][тд]разброс частот 0,5 Гц, размер пиков 4 Гц[/тд][тд]6000 Hз[/тд][тд]Синус[/тд][тд]разброс частот 0,2 Гц, размер пиков 0,5 Гц[/тд][тд]6000 Hз[/тд][тд]Меандр[/тд][тд]разброс частот 0,8 Гц, размер пиков 8 Гц[/тд]

Пилу ни одна из использованных программ хорошо не сделала.

Проверялось на 4000 Гц зависимость ошибки от уровня сигнала. При увеличении уровня с 50% до 80% разброс частот снижался на 10%

Вывод:
При форме сигнала меандр на частотах >> 2000 методика начинает вносить шум в размере до 1 Hz, Для синуса такое не происходит.
Оптимальное значение частоты покоя для датчика 2000 - 4000 Гц. в этом случае разбросс частот составляет 1/10000 от частоты покоя, и если диапазон изменения частоты для полной нагрузки датчика составляет 20% от частоты покоя, то можно принять , что метод не вносит погрешности более чем 1/2000.

Ах оставьте безумные споры, я себе уже все доказал
То что частоту меандра мерять точно сложнее - я понял. На пальцах объяснение такое пусть i-й отсчет равен -100, а i+1 отсчет уже равен 100. В какой момент произошел переход через 0? Точно сказать ничего нельзя - погрешность определения момента перехода через 0 равна шагу дискретизации.

Piroman>ты в осцилограф на выход генератора под нагрузкой смотрел ? сигнал там какой ?
Piroman>Снимаю через звуковую карту - похожа на синусоиду. Не знаю что и думать.
Увы, осцила у меня нету. Через звуковую карту у меня меандр, практически правильный (был).

Я поставил у себя интегрирующую RC цепочку на выход генератора. R = 6.8 кОм, C = 18 нФ (на выходе стоит триггер Шмидта К555ТЛ2, для него такая емкостная нагрузка это не слишком ?) Фронты сигнала прекрасно завалились, и точность сразу выросла.

Теперь о результатах. Точность измерения усилия (т.е. целевого параметра, а не частоты) получилась 0.12% по уровню 0.7 (т.е. в пределах одной сигмы). В эксперименте измерялись 2 усилия: 108 Н, и 54 Н.
Методика оценки погрешности простая:
1) нагружает датчик статическим усилием и записываем сигнал в течении 1,5 секунд.
2) Пересчитываем WAV файл в частоту (100 измерений в секунду), строим график в Екселе.
3) Визуально выбираем участок графика (порядка 1 секунды) не содержащий переходных явлений таких как: первый отсчет частоты в файле, колебания груза и т.д.
4) По выбранному участку считаем средне-квадратичное отклонение.
5) Пересчитываем среднеквадратичное отклонение в абсолютную погрешность определения усилия.
6) Считаем относительную погрешность определения усилия.

ИМХО - точность достигнута достаточная, из генератора и метода расчета частоты более ничего выжимать не нужно. Т.к. точность датчика заведомо ниже.
В процессе проведения эксперимента обнаружено значительное - 50 Гц уплывание "нуля" за одни сутки, кроме того обнаружен небольшой дрейф коэфициента преобразования Гц/Н (примерно 3% за сутки). Кроме того имеется гистерезис датчика порядка одного Ньютона (на диапазоне загрузки 200 Н).

Итого: определения положения "нуля" перед каждым прожигом, а так-же перекалибровка по 3-м точкам перед каждым прожигом позволит достичь точности порядка 0.5% в поле. Что является достаточным для такого вида эксперимента.

пусть i-й отсчет равен -100, а i+1 отсчет уже равен 100. В какой момент произошел переход через 0? Точно сказать ничего нельзя - погрешность определения момента перехода через 0 равна шагу дискретизации.

 

Может быть половине шага?

Методика оценки погрешности простая:
1) нагружает датчик статическим усилием и записываем сигнал в течении 1,5 секунд.
2) Пересчитываем WAV файл в частоту (100 измерений в секунду), строим график в Екселе.
3) Визуально выбираем участок графика (порядка 1 секунды) не содержащий переходных явлений таких как: первый отсчет частоты в файле, колебания груза и т.д.

 

Какая-то слишком тепличная методика. Это может подойти для оценки точности весов, сделанных на основе такого датчика, потому что там можно подождать до установления показаний. А на стенде важна быстрая реакция, там всё измерение - сплошной переходный процесс. Как здесь точность определить?

Может быть половине шага?

 

Нет, таки, шагу. Рассмотри два шага подряд.

Какая-то слишком тепличная методика. Это может подойти для оценки точности весов, сделанных на основе такого датчика, потому что там можно подождать до установления показаний. А на стенде важна быстрая реакция, там всё измерение - сплошной переходный процесс. Как здесь точность определить?

 

Возможно. Но у меня опорный пятак на датчике 40х40 мм примерно. А ставлю я на него блины от гантели.
Стопка из 8 блинов довольно сильно ходит из стороны с сторону если ее задеть. На графике виден затухающий колебательный процесс с амплитудой в несколько ньютон.
Это конечно недоработанная конструкция датчика, но к точности самого датчика+генератор+программа отношения не имеет. Поэтому я их и выкидываю.

Для движка схема передачи усилия немного другая, и инерции такой нету. Т.к. что будет получше.

Главное, что шум тут вполне реальный , а не с абстрактного синтезированного сигнала. Что дает возможность оценить достижимую точность.
Ты, лучше, скажи свое мнение - точность в 0.5% достаточная (я думаю в поле будет чуть хуже чем дома) ?

Нет, таки, шагу. Рассмотри два шага подряд.

 

Если за момент перехода принять или Т или Т+1, тогда ошибка равна шагу. А если среднее между ними, то половине шага. По-моему здесь стандартная картина - точность измерения равна половине цены деления.

Точность в 0.5% конечно достаточная. Но на моём датчике гистерезис вроде бы порядка 2-3%.

То что частоту меандра мерять точно сложнее - я понял. На пальцах объяснение такое пусть i-й отсчет равен -100, а i+1 отсчет уже равен 100. В какой момент произошел переход через 0? Точно сказать ничего нельзя - погрешность определения момента перехода через 0 равна шагу дискретизации.

 

Ровно такая же история и про синус. Если один отсчёт -10, а следующий +20, то где переход?

Фронты сигнала прекрасно завалились, и точность сразу выросла.

 

Не удивительно. Программе, которая частоту мерит, легче стало, потому что спектр сигнала стал беднее.

Pokos, про спекр ты неправ. Зачем приплетать высшие материи (анализ спектра) когда делается все на пальцах.

Апроксимация прямой работает удовлетворительно для синуса. вот смотри на рисунках.

---

Может я тебя не понял.
Дя я говорю что есть разница. Так как меандр ведет себя непредсказуемо, а синус предсказуемо. зная величину сигнала на время Т и величину сигнала во время Т+1 можно из вида синуса предположить в какой ТОЧНО момент произошел переход через "0"

Не сделаешь ты на пальцах точнее меандр, чем синус. ИМХО

Апроксимация прямой работает удовлетворительно для синуса. вот смотри на рисунках.

 

Хммм. Дык я и пишу, что разницы нету. А ты пишешь, что есть. Не в математике тут дело. Точнее, не в этом месте разница.
На пальцах я сделаю точнее меандр, чем синус.

Хочу немного сменить тему.
У меня намечается закрытие определенных этапов внутреннего плана и переход к следующим. Посему я начал продумывать создание "бомбы" постоянного давления для измерения скорости горения составов.
Зачем мне это : Есть интересные для меня составы, например карамель с Ал, составы на эпокси. Но для них нет данных по закону горения для расчета параметров двигателя.

Почему решил сделать отдельной конструкцией : Для составов с Кн порядка 1000 мне сдожно придумать конструкцию, которая обеспечит постоянные условия да с таким Кн. К тому же прямы замеры точнее чем косвенные.

Что хочу от чесного собрания: Выскажитесь, пожалуйста. Наверняка, что то провустил, что то усложняю. В чем то заблуждаюсь.

Суть установки:
Берутся образцы в виде палочек диаметром 10-12 мм, длинной 150-200 мм. Бронировка - эпокси или какой лак.
через одинаковое расстояние 10-15 мм делаются 5-6 колечек тонкого провода вокруг тестовой палочки. по одному из концов этих колечек объединены. Все выводы заведены на разъем 10 пин. Также на этот разъем заведены 2 вывода системы воспламенения. Инициатор крепится к торцу палочки.

на торец противополжный воспламенителю одевается металическая трубочка динной 50 мм

сама металическая трубочка вставляется в деревянный или пенопластовый цилиндрик с диаметром равным внутреннему диаметру камеры.

камера - труба (пока подопроводная длина 250-300 мм. Диаметром внутренним ~ 40 мм. Заглушки на резьбе.
изнутри в камере уложены слои бумаги толщиной до 5 мм для теплоизоляции.
Располагается ГОРИЗОНТАЛЬНО.

Одна из заглушек имеет отверстие.
Варианты:
1) заглушка с одним отверстием (2-3 мм), но давление подбирается вентелем
2) устраивается клапан, поддерживающий давление. уровень давления можно изменять. есть пара вариантов его конструкции.

на расстоянии 1/3 от длины камеры со стороны заглушки с отверстием рассполагаются 2 штуцера . 1 - для манометра на 150 атм. второй для подключения балона со CO2 или N2. (СО2 - молекулы больше - расход меньше, N2 - однако не будет совсем участвовать в гореннии в отличие от CO2)

в противоположном конце камеры просверлено отверстие, в него проведен шлейф 10-ти жильным проводом , провода расспаяны внутри камеры на разъем 10 пин. выход проводв заклеен эпокксидкой или металлопластилином. Длина проводов в оставшихся в камере позволяет спокойно соединять разъем.

на шланге от балона давления установлены 2 крана . 1-й шаровый, 2-й вентиль обычный, который открывает постепенно.

тест проводится следующим образом:

подгтовлены образцы по методике приведенной выше. Соединить разъемы. провода убрать и проложить стекловатой. Образец укрепленный в цилиндре-держателе поместить в камере.
Все закрыть. подсоединить к штуцерам манометр и шланг от балона высокого давления.
Наружний разъем от проводов подключить к утройству поджигания и к параллельному порту компьютера.

открыв шаровый кран начинаю потихоньку открвать второй вентель и следить за давлением.
Газ спокойно выходит через отверстие. При достижении на манометре занчения 90% от желаемого значения для теста перекрыть шаровый кран.

Когда все проверенно и готово.
из безопасного места открывается шаровый кран и сразуже дается команда на воспламенение.
Компьютер замеряет время между перегоранием колечек. На видеокамеру снимается манометр.

Текущие сомнения:
1. на сколько хватит балона если делать относительно большое отверстие, тк. маленькое - опасно закупорить
2. выдержит ли водопроводная труба и заглушки на резьбе давление порядка 100 АТМ, но без температуры. может стеклотканью на эпокси укрепить трубу ... Заказать целиковую точеную тоже можно - но пока хочу как проще.

Почему решил сделать отдельной конструкцией : Для составов с Кн порядка 1000 мне сдожно придумать конструкцию, которая обеспечит постоянные условия да с таким Кн. К тому же прямые замеры точнее чем косвенные.

 

Конструкция простая - обычный двигатель, только потолще и с соплом погрубее. Здесь будет расходоваться больше топлива, но будет не нужен баллон и все сопряжённые проблемы.

PerX демонстрировал свой двигатель с манометром для топлива RNX, там Kn тоже весьма большой. Хорошо работает.

Насчёт какой метод точнее - тут есть нюансы. Накка делал измерения карамели в бомбе, однако замечал, что скорость горения в двигателе часто не совпадает с расчётной. Так что может для наших целей даже лучше испытывать в двигателе.

Но я не отговариваю! ;^))

> 5-6 колечек тонкого провода вокруг тестовой палочки

Обычно проволочки проходят сквозь топливо. Сбоку могут и не прогореть, увидишь при испытании.

> 1) заглушка с одним отверстием (2-3 мм), но давление подбирается вентелем

Мне кажется, что в этом варианте будет сильный поток газа, это может влиять на горение.

> 2) устраивается клапан, поддерживающий давление

А в этом варианте клапан может забиваться шлаками, ведь их много.

По регулировке давления. Стандартный редуктор регулирует не расход, а давление на своём выходе. Точнее он регулирует расход газа так, чтобы давление на выходе было равно заданному.

У меня на карамели работает не проволочка через топливо, а просто два электрода по диаметру. Сам придумал :-), правда случайно, когда разбирался, почему мой измеритель скорости запускается не сразу после перегорания проволоки.

Почему я не вижу перспектив у обычного двигателя с манометром для этих целей :
мне хотелось бы мерить на устоявшемся процессе, в случае обычного двигателя процесс слишком скоротечен,и (ИМХО) в принципе не успевает устаканиться. В тесте у PerXа это видно.

То GOGI:
Ты замеряешь скорость горения ? Тогда поделись пожалуйста описанием методики. И, что меня очень интересует , чем регистрируешь ?
Можно в личную почту.

Не в личную! Это всем интересно!

GOGI, расскажи про электроды, как они работают, чем регистрируешь с них сигнал? Что было, когда были проволочки?

мне хотелось бы мерить на устоявшемся процессе, в случае обычного двигателя процесс слишком скоротечен,и (ИМХО) в принципе не успевает устаканиться. В тесте у PerXа это видно.

 

Успевает, причём быстро. Единственное условие - быстрое воспламенение по всем поверхностям. Вот в тесте у PerXа как раз видно затяжное воспламенение.

Шашки BATES как раз и предназначались для баллистических испытаний (не любителями, а на фирме). Отсюда их название -
BAllistic TESt grains.

Но я не отговариваю! ;^))

Да какая там методика Варбан упомянул такой метод, я и попробовал.
Шашка в бронировке из бумаги офисной на "Моменте" два слоя. Диаметр точно не скажу, измерь сам, оправка для бронировки - пальчиковая батарейка. В ней накалываются четыре отверстия попарно по диаметру, я взял расстояние 2 см, и в них вставляется тонкая леска. После этого заливается топливо, леску натягиваю и дополнительно утрамбовываю топливо сверху. После застывания леску выдергиваю и вставляю медную проволоку.
Измерителя времени у меня два. Один на работе специальный прибор, меряет время между разрывом двух контактов с точностью до мс, второй - моя самая первая конструкция на AVR, программа аналогично меряет интервал между разрывом двух контактов.
Так вот первый прибор работал как часы, наверное, потому что его не я собирал :-), а второй как-то нездорово глючил. В процессе изучения глюков выяснилось, что проводимости продуктов сгорания иногда хватало для того, чтобы после перегорания проволоки, контакт с точки зрения МК оставался как бы замкнутым. Грех было этим не воспользоваться, я поставил буфер на полевике на входе и увеличил напряжение до 9 вольт (напрямую с кроны (не Duracell Alcaline, а именно с Кроны), а вместо проволоки взял четыре иголки, втыкаемые в шашку мм на два. И все стало работать просто зашибись.
А потом я перестал страдать фигней и стал пользоваться глазомером и секундомером . Естественно, только потому что я делал и делаю только сорбитовую карамель, а она у меня слава богу получается достаточно однообразной.
Надеюсь, без схемы понятно, а то у меня из рисовалок только Paint, но на крайний случай завтра на работе нарисую.

---

Наверное, регистрируется не фронт пламени, а какой-то более поздний момент. Но этот момент на всех электродах одинаковый (При одновременном измерении времени двумя приборами, один с проволочками, второй с электродами).

GOGI, на каких топливах работают эти иголки?
Очень интересное наблюдение!

>Естественно, только потому что я делал и делаю только сорбитовую карамель

Ну, на самом деле не только её пробовал, но все составы на солях калия.
Хотя, сейчас попробовал, пламя зажигалки 150 МОм, а это весьма паршивый с точки зрения проводимости источник, такое в принципе без особых проблем детектируется. Но это мое скромное мнение, в схемотехнике я почти ноль.

P.S.-на самом деле, единственные разы, когда мне по настоящему пригодилось инструментальное измерение - пиротехнические (сорри за оффтоп) составы на ПХК и магнии. Смотреть глазами невозможно

А ты не делал составов на ПХК и алюминии с эпоксидкой или другой связкой? Скорость горения не измерял?

Смотрите, смотрите, модератор меня провоцирует на оффтопик
Нет, на алюминии только специально разрыхленные составы. ПХК с алюминием (ПАП) даже в просто насыпном виде имеет склонность самоутрамбовываться с резким понижением скорости.

Хочу немного сменить тему.
У меня намечается закрытие определенных этапов внутреннего плана и переход к следующим. Посему я начал продумывать создание "бомбы" постоянного давления для измерения скорости горения составов.

 

интересна некая синхронность в проектах =) я сейчас тоже подобным стендом озадачился, как раз сегодня ездил смотреть редукторы и вентили. Какие давления ты планируешь?
Я предполагаю в качестве корпуса использовать 2-х литровый кислородный баллон, если только придумаю, как в него strand и термопары запихнуть..) Как у Накки сделать, наверное не получится, потому как внутренняя горловина баллона 19 мм...Есть идеи?

Полагаю, что водопроводная труба 100 атм не выдержит, они ж наверняка все сварные, по-крайней мере я бесшовных водопроводных не встречал.
Далее - подключение баллона - только шлангом высокого давления или стальной(медной???) трубкой. краны/вентили - тоже должны быть соответствующие, я тут нашел арматуру высокого давления - но цены -ох...(((

У меня сейчас встал вопрос по редуктору с баллона, насколько я понимаю - обычный регулятор расхода не обеспечит на выходе нужного нам давления - у него предохранительный клапан 6-7 атм, по-крайней мере это так для питерского РДУ-6, что для остальных - непонятно.
То есть - нужно ставить редуктор высокого давления РВ-90 или РК-70 (на 90 и 70 атм, соответственно)...Или я не прав?

ЗЫ. Сорри, наврал, азотный регулятор РРА-30 - предохранительный клапан 0.5 МПа, а РДУ-6 это углекислотный...у него - 0.7МПа

Смотрите, смотрите, модератор меня провоцирует на оффтопик

 

Это топик! ;^))
У меня давно крутится мысль попробовать бессопловый двигатель на ПХК с алюминием и эпоксидкой. Никто не испытывал подобные составы?

Это топик! ;^))
У меня давно крутится мысль попробовать бессопловый двигатель на ПХК с алюминием и эпоксидкой. Никто не испытывал подобные составы?

 

Я. И использую в качестве igniter_preheater для гибрида. Там же и описывал. Эпокси_KClO4_KNO3_Фе2О3_Al cristalline. С алюминием горит хуже чем без него. И зажигается плохо. Тогда как без Al проблем нет. Безсопловый двигатель (Макет) делал, набивая пистолетные гильзы 9х18 мм и 0.22". Маленький мотор сорвался и улетел (в ящике) с керамической пластины.

Эпокси_KClO4_KNO3_Фе2О3_Al cristalline

 

Какая скорость горения на воздухе?
А без нитратов не делал?

Текущие сомнения:
1. на сколько хватит балона если делать относительно большое отверстие, тк. маленькое - опасно закупорить
2. выдержит ли водопроводная труба и заглушки на резьбе давление порядка 100 АТМ, но без температуры. может стеклотканью на эпокси укрепить трубу ... Заказать целиковую точеную тоже можно - но пока хочу как проще.

 

Сразу не понял, что камера с отверстием...то есть у тебя получается прожиг образца в токе азота под некоторым давлением, правильно? Интересно, а скорость потока азота какая будет? У меня такое ощущенине, что эта конструкция вполне способна взлететь и без топлива...=)))) Да и расход газа получится немеряный...впрочем это считать надо...
А почему не сделать прожиг в замкнутом объеме? Взять объем побольше и...

Кстати, вот кусочек из ГОСТа на азот с расчетом количества газа в баллоне:

Вот приобрёл наконецто датчик силы =)
Теперь нужно будет заставить его работать =)
Работает на изгиб, до 150 кг позволяет взвешивать массу, на выходе два сигнала: первый с тензочувствительных кварцевых резонаторов ( один на сжатие второй на растяжение) , второй чстота с термодатчика, используется для компенсации, также внутри расположена флешка на которой записаны калибровочные заводские коэффициенты, это необходимо для повышения точности. Сейчас разбираюсь со схемой, как это реализованно у них в весах, чтобы с Божьей помошью сделать на основе этого свой стендик.