Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

1. Сравнения двух методов моделирования и выведения погрешности результатов, с её оценкой

Качество средств и результаты измерений характеризуются по их погрешности. Понятие «погрешность» требуется для определения и четкого разграничения трех понятий: истинного и действительного значения измеряемой физической величины и результата измерения.

Истинным называется значение физической величины, идеальным образом характеризующее свойство данного объекта, как в количественном, так и в качественном отношении. На практике это абстрактное понятие приходится заменять понятием «действительное значение». Действительным называется значение физической величины, найденное экспериментально и настолько близкое к истинному значению, что в поставленной измерительной задаче оно может быть использовано вместо него.

Результат измерения представляются в виде значения величины, полученные путем измерения. Погрешность результата измерения – это отклонение результата измерения от истинного (или действительного) значения измеряемой величины. Она указывается для границы неопределенности значения измеряемой величины. Близость к нулю погрешности результата измерения отражается в точности результата измерений, которая является одной из характеристик качества измерения. Считается, что чем меньше погрешность измерения, тем больше его точность.

Погрешность средства измерений – разность между показанием средства измерения и истинным (действительным) значением измеряемой физической величины. Она характеризуется для определения точности средства измерений (характеристику качества средства измерения, отражающую близость его погрешности к нулю). Понятия погрешности результата измерения и погрешности средства измерений во многом близки друг к другу и классифицируются по одинаковым признакам.

По характеру проявления погрешности делятся на случайные, систематические, прогрессирующие и промахи, или грубые погрешности.

Случайная погрешность – составляющая погрешности измерения, изменяющаяся случайным образом (по знаку и значению) в серии повторных измерений одного и того же размера физической величины, проведенных с одинаковой тщательностью в одних и тех же условиях. В появлении таких погрешностей не наблюдается, какой либо закономерности, они обнаруживаются при повторных измерениях одной и той же величины в виде некоторого разброса получаемых результатов. Случайные погрешности неизбежны, неустранимы и всегда присутствуют в результате измерения, однако их можно существенно уменьшить, увеличив число наблюдений. Описание случайных погрешностей возможно только на основе теории случайных процессов и математической статистики. Для получения результата, минимально отличающегося от истинного значения измеряемой величины, проводятся многократные измерения требуемой величины с последующей математической обработкой экспериментальных данных.

Систематическая погрешность – составляющая погрешности измерения, остающаяся постоянной или закономерно меняющаяся при повторных измерениях одной и той же физической величины. Их отличительная особенность заключается в том, что они предсказываются и обнаруживаются. Грубая погрешность – это случайная погрешность результата отдельного наблюдения, входящего в ряд измерений. Она отличается от остальных результатов этого ряда.

По способу выражения различают абсолютную, относительную и приведенную погрешности. Абсолютная погрешность описывается и выражается в единицах измеряемой величины. Однако она не является показателем точности измерений, так как одно и то же ее значение отражаются в разных величинах. Относительная погрешность есть отношение абсолютной погрешности измерения к действительному или измеренному значению измеряемой величины. Приведенная погрешность средства измерений – это относительная погрешность, в которой абсолютная погрешность средств измерения относится к условно принятому значению, постоянному во всем диапазоне измерений или его части.

В зависимости от причин возникновения различаются инструментальные погрешности измерения, погрешности метода измерений, погрешности из-за изменения условий измерения и субъективные погрешности измерения. Инструментальная погрешность измерения обусловлена погрешностью применяемого средств измерения. Погрешность метода измерений – составляющая систематической погрешности измерений из-за несовершенства принятого метода измерений, эта погрешность обусловлена:

- отличием принятой модели объекта измерения от модели, адекватно описывающей его свойство, которое определяется путем измерения;

- влиянием способов применения средств измерения;

- влиянием алгоритмов (формул), по которым производятся вычисления результатов измерений. Вследствие упрощений, принятых в уравнениях для измерений, нередко возникают существенные погрешности, для компенсации действия, которых вводятся для поправки;

- влиянием других факторов, не связанных со свойствами используемых в средствах измерения.

Отличительной особенностью погрешностей метода является то, что они могут не указываться в документации на используемое средство измерения, поскольку от него не зависят, их должен определять оператор в каждом конкретном случае. В связи с этим оператор должен четко различать фактически измеряемую им величину и величину, подлежащую измерению.

Погрешность (измерения) из-за изменения условий измерения – это составляющая систематической погрешности измерения, являющаяся следствием неучтенного влияния отклонения в одну сторону какого-либо из параметров, характеризующих условия измерений, от установленного значения. Этот термин применяется в случае неучтенного или недостаточно учтенного действия той или иной влияющей величины (температуры, атмосферного давления, влажности воздуха, напряженности магнитного поля, вибрации и др.), неправильной установки средств измерений, нарушения правил их взаимного расположения и др.

Субъективная (личная) погрешность измерения обуславливается погрешностью отсчета оператором показаний по шкалам средств измерения, диаграммам регистрирующих приборов. Вызывается состоянием оператора, его положением вовремя работы, несовершенством органов чувств, эргономическим свойствами средств измерения.

По зависимости абсолютной погрешности от значений измеряемой величины различают погрешности: аддитивные (не зависящие от измеряемой величины); мультипликативные (которые прямо пропорциональны измеряемой величине); нелинейные (имеющие нелинейную зависимость от измеряемой величины). Погрешности применяются в основном для описания метрологических характеристик средств измерения.

По влиянию внешних условий погрешности различаются на основную и дополнительную средства измерений. Основная погрешность средства измерений – погрешность средств измерений, применяемого в нормальных условиях. Для каждого средства оговариваются условия эксплуатации, при которых нормируется его погрешность. Дополнительная погрешность средства измерений – составляющая погрешности средства измерения, возникающая дополнительно к основной погрешности, вследствие отклонения какой-либо из влияющих величин от нормального ее значения или вследствие ее выхода за пределы нормальной области значений.

В зависимости от влияния характера изменения измеряемых величин, погрешности средства измерения делятся на статические и динамические погрешности. Статической называется погрешность средства измерений, применяемого для измерения физической величины, принимаемой за неизменную величину. Динамической называется погрешность средств измерения, возникающая дополнительно при измерении изменяющейся (в процессе измерений) физической величины. Динамическая погрешность средств измерения обусловлена несоответствием его реакции на скорость (частоту) изменения измеряемого сигнала [9].

Для дальнейшего расчета лабораторного стенда выбираются сопротивления, получившиеся при одном из двух видов моделирования. При этом учитывается соотношения сопротивлений различных схем подключений моделей с соотношениями сопротивлений реальных контактных подвесок, а в частности подвесок, распространённых на дальневосточной железной дороге, ПБСМ70+МФ100, ПБСМ95+МФ100 и ПБСА50/70+МФ100. Учитывается так же адекватность модели и возможность использования её в дальнейшем расчете. Сопротивления математической и физической моделей, приведённых в таблице 2, используются для вычисления погрешности между методами.

Погрешность двух методов оценивается на примере моделей контактной сети, сопротивления которых измеряются как двухпутного участка со встречно направленными токами, рассчитывается для активной составляющей по формуле (15) и для реактивной по формуле (16) [9]:

(15)

где – это активная составляющая сопротивления физической модели, 1,568 Ом; – это активная составляющая сопротивления математической модели, 1,234 Ом.

(16)

где – это реактивная составляющая сопротивления физической модели, 4,157 Ом; – это реактивная составляющая сопротивления математической модели, 2,682 Ом.

Из полученных значений погрешности следует, что физическая модель является более приемлемой и адекватной, чем математическая. Этот суждения базируется на следующих выводах:

1. Процент погрешности, получившийся в результате оценки, больше чем 5 процентов [7];

2. Значения сопротивлений физической модели приблизительно равны реальной, часто используемой на дальневосточной железной дороге, контактной сети ПБСМ70+МФ100;

3. При проведениях опытов использовались приборы, класс точности которых равен 0,2, а значения сопротивлений математической модели получились эмпирическим методом.

4. Возможности стенда позволяют корректировать значения сопротивлений, полученных в результате проведения опытных испытаний, при помощи регуляторов, в математической модели нет возможности поменять схему модели, т.к. требуется радикальные преобразования самого стенда.

Все выше перечисленные выводы обосновываются на произведенных опытах и на математическом анализе процессов, происходящих в разработанном лабораторном стенде. Во всех последующих расчетах будут использоваться сопротивления, найденные в результате физического моделирования, произведённых на созданном стенде. Данные, полученные при проведениях двух методов моделирования, могут использоваться при дальнейших модификаций, улучшений и подключений различного оборудования на стенд.

1. Электрический расчет стенда

   1. Расчет параметров трансформаторов

Трансформаторы на схемах представляются в виде пассивного четырёхполюсника, внутри которого имеется магнитная связь между обмотками. Четырёхполюсниками называется часть электрической цепи любой сложности и произвольной конфигурации, выделенная относительно четырех зажимов (четырех полюсов). Четырехполюсник, не содержащий источников энергии или содержащий скомпенсированные источники (суммарное действие которых равно нулю), называется пассивным. Если в схеме четырёхполюсника имеются нескомпенсированные источники, он называется активным.

Активный четырехполюсник ведет себя как генератор. Находящиеся внутри него нескомпенсированные источники отдают энергию во внешнюю цепь. Подбирается источник энергии с ЭДС и внутренним сопротивлением, который эквивалентен четырехполюснику, то есть создаёт во внешней цепи тот же самый ток.

На схеме четырехполюсник обозначается прямоугольником с четырьмя выводами. Пассивный четырехполюсник является потребителем энергии и может заменяться эквивалентным сопротивлением, величина которого равна входному сопротивлению четырёхполюсника. Параметры пассивного четырехполюсника (трансформатора) находятся при помощи опытов короткого замыкания и холостого хода [6].

Для лабораторных трансформаторов, у которых известна мощность и напряжения на зажимах, сопротивление рассчитываются по формуле (17) [6]:

(17)

где U– напряжение на вторичных зажимах трансформатора, 36 В; S– мощность трансформатора, 250 В‧А.

1. Определение максимального рабочего тока стенда

Проводники любого назначения должны удовлетворять требованиям в отношении предельно допустимого нагрева с учетом не только нормальных, но и послеаварийных режимов, а также режимов в период ремонта и возможных неравномерностей распределения токов между линиями, секциями шин и т.п. При проверке на нагрев принимается получасовой максимум тока, наибольший из средних получасовых токов данного элемента сети.

При повторно -кратковременном и кратковременном режимах работы электроприемников (с общей длительностью цикла до 10 минут и длительностью рабочего периода не более 4 минут) в качестве расчетного тока для проверки сечения проводников по нагреву следует принимать ток, приведенный к длительному режиму. При этом для медных проводников сечением до 6 мм, а для алюминиевых проводников до 10 мм ток принимается как для установок с длительным режимом работы.

Для кратковременного режима работы с длительностью включения не более 4 минут и перерывами между включениями, достаточными для охлаждения проводников до температуры окружающей среды, наибольшие допустимые токи следует определять по нормам повторно-кратковременного режима. При длительности включения более 4 минут, а также при перерывах недостаточной длительности между включениями наибольшие допустимые токи следует определять как для установок с длительным режимом работы [10].

В разработанном лабораторном стенде на катушки намотан провод ПЭТВ-2 диаметром равным 1,4 мм, поэтому максимальный рабочий ток определяется для всего стенда, как для провода катушек. Из характеристик провода следует, что максимально рабочий ток равен 4 А [11].

Характеристики

Список файлов ВКР