АНАЛИЗ ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА ОПТОЭЛЕКТРОННЫМИ ДАТЧИКАМИ

АННОТАЦИЯ

Приведены результаты аналитических исследований погрешность измерения датчиков влажности воздуха, факторы, влияющие на уменьшение погрешностей измерения.

ABSTRACT

The results of analytical studies, the measurement error of air humidity sensors, factors affecting the reduction of measurement errors are presented.

Ключевые слова: оптоэлектронное устройство, светодиоды, опорный и измерительный каналы, неразрушающая контроль, временная и температурная нестабильность, погрешность измерения, влияющие факторы.

Keywords: optoelectronic device, LEDs, reference and measuring channels, non-destructive testing, time and temperature instability, measurement error, influencing factors.

Введение

В работах [1-7] предложены различные оптоэлектронные устройство для измерения влажности воздуха, а в работах [8-12] предложены методы и средства улучшающие метрологические параметров оптоэлектронных измерительных устройств.

Здесь рассмотрим функциональную схему многооптронного прибора контроля влажности для анализа источников погрешностей оптоэлектронного датчика влажности воздуха [1].

Основная часть.

Как известно [1,2] процесс измерения влажности воздуха c помощью оптоэлектронных датчиков производиться по одному из косвенных методов. При этом результат измере­ния содержит множество погрешностей. Эти погрешности можно разделить на основные и дополнительные. Основная погрешность – это погреш­ность измерения влажности воздуха в нормальных условиях.

Основная погрешность делится на методические (теоретические) и инструментальные. Источниками методических погрешностей являются элементы участвующие в процессе преобразования величины влажности в импульсный электрический сигнал. Методическая погрешность возникает также от того, что не учитывается наличие излучения у излучающего диода вне поло­сы поглощения влаги. Это приводит к появлению дополнительной составляющей сигнала в измерительном канале, не связанной с влажностью.

Одним из источником инструментальной погрешности является нелинейности характеристики фоторезисторов; наличия теневого тока фоторезисторов в отсутствии потока излучения, а также из-за старения излучающих диодов и фоторезисторов.

Источниками дополнительный погрешности является изменения температуры и напряжения питания, наличие внешнего излуче­ния, а также загрязненность воздуха, влажность которого измеряется.

Перейдем к анализу источников погрешностей. Инерционность излучающих диодов по сравнению с инерционностью фоторезисторов пренебрежимо мала (10^-8 с по сравнению 10 ^-4 с). Поэтому основную долю погрешности вносит в этом случае фоторезистор.

Для уменьшения погрешности необходимо выбрать длительность импульса излучения не меньше 3*τ = 3*10^-4с >> 300 мкс.

Методическая погрешность, возникающая от того, что не учитывается наличие излучения у излучающего диода вне полосы поглощения, проанализируем следующим образом. Из теории погрешностей известно, что

                                                (1)

Приведенная формула является частным случаем более общей формулы

Поскольку в двухволновом методе влажность φ определяет­ся как результат косвенных измерений двух напряжений U_ФПиз и U_ФПоп, то имеем

где К – коэффициент пропорциональности.

Следовательно, погрешность измерения влажности Δφ₁ можно определит:

где    - погрешность измерения фотоэлектрического сигнала измерительного канала

         -погрешность измерения фотоэлектрического сигналаопорного канала.

Как показано [1],

Составляющие  и  не несут в себе информацию о влажности и поэтому их можно отнести методической погрешности определения фотоэлектрического сигнала . Допуская, что еще существует инструментальный погрешность измерения этого сигнала  , имеем:

Тогда, учитывая то, что при измерении фотоэлектрического сигнала не существует методической погрешности, а инст­рументальная погрешность равна инструментальной погрешности , при измерении сигнала  можем записать

                                                             (7)

Учитывая, что

(8)

для погрешности канала f₁ окончательно имеем формулу  

Влажность φ₂ определяется по методике описанной [1]:

                                       (10)

Погрешность определения влажности при этом

                                (11)

Частные производные равны:

После некоторых изменений получим формулу для погрешности определения влажности

                                            (13)

Выводы

1. С ростом  уменьшается погрешность измерения влажности воздуха.

2. Эффективность данного метода повышается при измерениях больших объемах.

Список литературы:

1. Матбабаев М. М. Оптоэлектронный метод и устройство контроля влажности воздуха крутильных и ткацких производств : дис. – Ташк. политехн. ин-т им. АР Беруни, 1990.
2. Умаралиев, Н. (1991). Оптоэлектронные первичные измерительные преобразователи линейной плотности шелка-сырца и нитей из натурального шелка (Doctoral dissertation, диссертация... кандидата технических наук: 05.13. 05/Ташкентский гос. техн. ун-т).
3. Kuldashov, O H.; Umaraliev, N; Ergashev, K M. (2021) "Stabilization of the parameters of a two-wave optoelectronic device," Scientific-technical journal: Vol. 4 : Iss. 2 , Article 5.
   Available at: https://uzjournals.edu.uz/ferpi/vol4/iss2/5
4. Umaraliev N, Matbabaev M.M., Ergashev K M. (2019) Optoelectronic air humidity sensor/Materials of the International Conference “Scientific research of the SCO countries: synergy and integration”. V 1, N 1, P 129-136. https://doi.org/10.34660/INF.2019.21.41408
5. Ergashov, K. M., & Madmarova, U. A. (2020). Research of metrological characteristics optoelectronic of devices for control of humidity of installations. ACADEMICIA: An International Multidisciplinary Research Journal, 10(11), 1337-1341.
6. Матбабаев, М. М. (2020). Оптоэлектронный датчик относительной влажности воздуха. Бюллетень науки и практики, 6(10).
7. Умаралиев, Н., Матбабаев, М. М., & Эргашев, К. М. (2020). Установка для изучения оптоэлектронного датчика влажности воздуха. Известия высших учебных заведений. Приборостроение, 63(3), 237-241.
8. Умаралиев, Н., Матбабаев М. М. (2019). Установка для калибровки оптоэлектронных датчиков влажности воздуха. Научно-технический журнал, Т. 23, спец. №3
9. Ergashov, K. M., & Madmarova, U. A. (2020). Research of metrological characteristics optoelectronic of devices for control of humidity of installations. ACADEMICIA: An International Multidisciplinary Research Journal, 10(11), 1337-1341.
10. Ergashov, K. M., & Madmarova, U. A. (2020). Technics of the infra-red drying of farm products. ACADEMICIA: An International Multidisciplinary Research Journal, 10(11), 1351-1355.
11. Матбабаев, М. М. (2020). Оптоэлектронный датчик относительной влажности воздуха. Бюллетень науки и практики, 6(10).
12. Эргашев К.М. (2021). Улучшение измерительных параметров двухволнового оптоэлектронного устройства // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. 11(92). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/12588 (дата обращения: 26.12.2021)
13. Umaraliyev N., Ergashov K. (2021) Influence of the probabilistic nature of the change in the measured quantity on the measurement error // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. 2021. 12(93). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/12817 (дата обращения: 26.12.2021). DOI - 10.32743/UniTech.2021.93.12.12817