Дослідження компонентів контролю параметрів енергоносіїв АЗС

Біланенко, Ростислав Вікторович
Будь ласка, використовуйте цей ідентифікатор, щоб цитувати або посилатися на цей матеріал: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/9064
Повний запис метаданих
Поле DC	Значення	Мова
dc.contributor.advisor	Лукашенко, Валентина Максимівна	-
dc.contributor.author	Біланенко, Ростислав Вікторович	-
dc.date.accessioned	2023-01-24T14:19:20Z	-
dc.date.available	2023-01-24T14:19:20Z	-
dc.date.issued	2023-01	-
dc.identifier.uri	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/9064	-
dc.description.abstract	Метою кваліфікаційної роботи магістра є підвищення ефективності системи АЗС контролю параметрів енергоносіїв шляхом використання швидкодіючих методів для визначення кращих моделей компонентів із множини існуючих. Об’єкт дослідження – процеси управління і контролю параметрів енергоносіїв АЗС. Наукова новизна одержаних результатів У процесі вирішення поставлених задач автором отримано такі наукові результати: 1.Запропоновано синтез багатопараметричних методів: візуального та неповної подібності для визначення кращого компонента системи контролю. 2.Створені реляційні моделі даних показників багатопараметричних датчиків температур та тиску на їх основі побудовані знакові моделі: - діапазону робочій температури визначених датчиків; - додаткових даних похибок відносно існуючих основних при зміні умов середовища та визначити кращі моделі датчиків за відповідними параметрами. Ця сукупність збільшила швидкість визначення кращих моделей датчиків. Практичне значення одержаних результатів. Практична цінність результатів полягає в доведенні отриманих наукових результатів до конкретних інженерних рішень: 1. Побудована схема відповідностей значень діапазону струму, опору навантаження вихідних сигналів, тип лінії зв'язку для датчика тиску 2. Побудована схема відношень додаткових даних похибок до існуючих основних при зміні умов середовища.	uk_UA
dc.language.iso	uk	uk_UA
dc.title	Дослідження компонентів контролю параметрів енергоносіїв АЗС	uk_UA
dc.type	Master Thesis	uk_UA
Розташовується у зібраннях:	174 Автоматизація, комп'ютерно-інтегровані технології та робототехніка (Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані системи та компоненти)
Файли цього матеріалу:
Файл	Опис	Розмір	Формат
М_151_2022_Біланенко.pdf Restricted Access		1.77 MB	Adobe PDF	Переглянути/Відкрити Запит копії
Показати базовий опис матеріалу Перегляд статистики
Усі матеріали в архіві електронних ресурсів захищено авторським правом, усі права збережено.
Extracted text
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ 
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ 
ФАКУЛЬТЕТ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ І СИСТЕМ 
КАФЕДРА РОБОТОТЕХНІКИ ТА СПЕЦІАЛІЗОВАНИХ 
КОМП’ЮТЕРНИХ СИСТЕМ 
Пояснювальна записка 
до кваліфікаційної роботи 
освітнього ступеня «магістр» 
на тему: Дослідження компонентів контролю параметрів 
енергоносіїв АЗС 
 
 
 
 
Виконав: здобувач вищої освіти 2 курсу, 
групи МАКІТ-2109 
 спеціальності 151 Автоматизація та 
комп’ютерно-інтегровані технології, 
освітня програма  «Комп’ютерно-
інтегровані технологічні процеси і 
виробництва» 
 Біланенко Р.В. 
  
Керівник Лукашенко В.М. 
  
Рецензент Туз В.В. 
 (ім’я та ПРІЗВИЩЕ) 
 
 
 
Черкаси 2022 року 
  
2 
Зміст 
ВСТУП .............................................................................................................. 4 
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ ................................................. 7 
РОЗДІЛ 1. Стан предмета дослідження. Формування завдання  ................. 10 
1.1 Аналіз методів вимірювання параметрів енергоносіїв на автозаправних 
станціях  .......................................................................................................... 10 
1.2 Система «САДКО» автоматизованого дистанційного контролю 
параметрів рідких енергоносіїв середовищ  ................................................  11 
1.3 Принцип процесу вимірювання систем «САДКО» ...............................  13  
1.4 Особливість загальної структури «САДКО-ГНС» ................................  15 
1.5 Система «PETROVEND» для вимірювання рівня  ................................. 18 
1.6 Аналіз існуючих датчиків систем АЗС . ................................................. 22 
1.7 Модель пристрою дистанційного управління та принцип її 
функціонування  ............................................................................................  27 
Висновок до розділу 1 .................................................................................... 32 
РОЗДІЛ 2. Дослідження багатопараметричних методів для виявлення 
кращого компонента АЗС  ............................................................................. 33 
2.1 Метод аналізу ієрархій за багатьма параметрами  ................................  33 
2.2  Метод аналізу об’єктів на основі теорії неповної подібності та 
розмірностей  .................................................................................................  41 
2.3  Метод  візуалізації для виявлення кращої моделі мікроконтролера  ... 53 
2.4 Метод  візуалізації для виявлення кращих моделей мікроконтролерів.57 
Висновок до розділу 2 .................................................................................... 61 
РОЗДІЛ 3. Дослідження моделей датчиків для газоподібних і рідких 
середовищ  ...................................................................................................... 62 
3.1 Дослідження характерних особливостей датчика температури серії 
ДТМ-1 ............................................................................................................. 63 
3.1.1 Реляційна модель даних за основними параметрами серії датчиків 
типу ДТМ-1 .................................................................................................... 65 
3 
3.1.2 Порівняльний аналіз кількісного оцінювання діапазону параметрів  
робочій температури датчиків серії ДТМ-1 на базі знакових моделей ......  68 
3.2 Дослідження характерних особливостей багатофункціональних 
датчиків температури  серії ДТМ 2 ..............................................................  69 
3.3 Дослідження характерних особливостей датчика тиску типу 
«АРКТУР-01» ................................................................................................. 74 
3.3.1 Схема відповідностей значень діапазону струму, опору навантаження 
вихідних сигналів, тип лінії зв'язку для датчика тиску ................................ 75 
3.3.2 Схема відношень  даних додаткових похибок результатів  
контролю відповідних параметрів до існуючих основних  
при зміні умов середовища  ........................................................................... 75 
3.3.3 Знакова модель додаткових даних похибок відносно  до існуючих 
основних через зміну умов середовища ....................................................... 77 
3.3.4 Алгоритм процесу вимірювання датчиком тиску ............................... 78 
3.4 Дослідження п’єзодатчика моделі AV Crb455e ...................................... 80 
3.4.1 Визначення електричної принципової схеми підключення датчика 
тиску AV Crb455e  .......................................................................................... 82 
3.4.2 Знакова модель залежності резонансної частоти п’єзодатчика моделі 
AV Crb455e від маси вантажу ....................................................................... 85 
Висновок до розділу 3 .................................................................................... 86 
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ  ...................................................... 87 
  
4 
ВСТУП 
 
В умовах енергетичної кризи й значного підвищення в останні роки 
цін за енергоносії відповідні галузі видобутку, переробки, транспортування, 
зберігання й розподілу рідких енергоносіїв виявилися не підготовленими 
технічно до організації строгого контролю й обліку. У результаті різко зріс 
нелегальний оборот і збут цих енергоносіїв, істотні обсяги їхньої реалізації 
випали з бази оподаткування, важко піддаються контролю питання 
планування й регулювання енергопостачання окремих регіонів. Поряд із 
цим знизилася технологічна й екологічна безпека баз зберігання зазначених 
енергоносіїв, мають місце їх витоки, у тому числі й з катастрофічними 
наслідками. 
Автомобільна заправна станція (АЗС) – комплекс обладнання на 
придорожній території, призначений для заправки паливом транспортних 
засобів. Найбільш поширені АЗС, автотранспорту, що заправляється 
традиційними сортами вуглеводневого палива – бензином і дизельним 
паливом (бензозаправні станції). Менш поширеними є автомобільна 
газонаповнювальна компресорна станція (АГНКС) – заправка стисненим 
природним газом; автомобільних газозаправних станцій (АГЗС) – заправка 
скрапленим нафтовим газом.  
Види автозаправних станцій: 
Стаціонарні АЗС – це такі АЗС, які розташовуються у населених 
пунктах, а також на автомобільних дорогах і являють собою комплекс 
будівель для прийому, зберігання та відпуску нафтопродуктів з наземним 
або підземним розміщенням резервуарів і з стаціонарне встановленими 
паливо-роздавальними колонками. 
  
5 
Пересувні АЗС являють собою комплексну установку технологічного 
обладнання, змонтованого на автомобільному шасі або причепі, для 
транспортування та видачі нафтопродуктів. Пересувні АЗС дозволяється 
використовувати тільки в певних випадках, а саме для реалізації 
населенню пічного палива, а також для реалізації пального на місці 
розташування стаціонарних АЗС у разі проведення їх ремонту або чистки 
резервуарів. 
Контейнерні АЗС являють собою установку для зберігання та 
відпуску нафтопродуктів, що складається з резервуара і паливо-
роздавальної колонки, зблокованих в єдиному контейнері. Використання 
контейнерних АЗС дозволяється лише в автогосподарствах, на промислових 
і сільськогосподарських підприємствах, платних стоянках автомобілів, 
моторних човнів і катерів, пристанях, в гаражних кооперативах та сільській 
місцевості, де відсутні стаціонарні АЗС.  
На даний час в Україні налічується близько 4 623 автозаправних 
станцій. Серед них можна виділити найбільші мережі АЗС такі як: ANP, 
WOG, OKKO, SHELL і УкрНафта. 
Основні проблеми й завдання, що постають перед АЗС. 
1. Дослідження  показало, що при прийманні нафтопродуктів у 
резервуарний парк основна похибка і втрати відбуваються в сезон осінь-
зима-весна. Ці втрати пов'язані з розбіжністю даних за товарно-
транспортною накладною й реально прийнятим нафтопродуктом з 
бензовоза.  
Зміна обсягу пов'язана зі зміною температури. При зменшенні 
температури на 10°C обсяг палива зменшується приблизно на 1%, тобто на 
один бензовоз 5 куб. м. «губиться» близько 50 літрів. 
Втрати відбуваються також і в момент зливу нафтопродуктів у 
резервуар через різницю температури. По технічних вимогах для  
6 
вимірювання залишків у резервуарі після прийому нафтопродуктів 
повинно пройти не менше 2 годин. Це не виконуються і вимірювання рівня 
проводиться за допомогою метр штока. При такому підході вимірювання 
рівня дає похибку від 2 мм до І см, при цьому для горизонтального 
резервуара обсягом 25 куб. м. у середині І см становить 100 літрів. 
Тому впровадження автоматизованої системи контролю параметрів 
нафтопродуктів вищевказані похибки можуть бути зведені майже до нуля. 
2. Втрати на АЗС через людський вплив у різній формі, наприклад,  
реалізації стороннього бензину й вимірюються вони в реальному житті 
тільки чесністю операторів і старших АЗС. У цих операціях можуть брати 
участь (у різних сполученнях): оператори АЗС, водії, перевізники, 
диспетчери нафтобаз, і такі приклади нерідкі.  
При цьому власник АЗС має упущену вигоду через зменшення 
продажів саме свого палива. Середнє (оцінне) значення зменшення 
продажів становить не менш 1% від обсягу. 
Таким чином впровадження систем контролю параметрів енергоносіїв 
на автозаправній станції є гостро актуальною задачею для України на 
сучасному етапі.  
7 
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ 
Актуальність роботи. В умовах енергетичної кризи й значного 
підвищення в останні роки цін за енергоносії відповідні галузі видобутку, 
переробки, транспортування, зберігання й розподілу рідких енергоносіїв 
виявилися не підготовленими технічно до організації строгого контролю й 
обліку. Поряд із цим знизилася технологічна й екологічна безпека баз 
зберігання зазначених енергоносіїв, мають місце їх витоки, у тому числі й з 
катастрофічними наслідками. На теперішній час важко піддаються 
контролю питання планування й регулювання енергопостачання окремих 
регіонів через використання компонентів, які недостатньо ефективні. Цим 
питанням присвячені роботи вчених:А. Godse, G. Haggard, B. Randell, 
В.М.Глушкова, В.І. Корнійчука, К.Г. Самофалова, В.П. Тарасенко та ін. 
Також вагомий внесок у розвиток мікроконтролерної техніки внесли роботи 
М. Предко, С.Рюмик, Д. Мортон, А.Євстігнєєва, В.Локазюка, В.Корнеева, 
С.Крилова, О.Гаврилюк, В.Ульріха, Н.Заєць та ін. Однак, у цих роботах 
недостатньо відображено, як з множини різних типів компонентів  швидко 
вибрати той, який найбільш підходить споживачеві за необхідними техніко-
економічними показниками (ТЕП). Тому тема «Дослідження компонентів 
контролю параметрів енергоносіїв АЗС» є актуальною. 
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. 
Напрямок дослідження роботи пов'язаний з тематиками бюджетних 
науково-дослідних робіт Черкаського державного технологічного 
університету: «Методи, моделі при обробці інтелектуальних, 
інформаційних технологій для високоефективних обчислювальних та 
локальних підсистем управління в проблемно-орієнтованих системах» (№ 
д. р. 0106U004501) 
Мета і завдання дослідження Метою дослідження є підвищення 
ефективності системи АЗС контролю параметрів енергоносіїв шляхом 
8 
використання швидкодіючих методів для визначення кращих моделей 
компонентів із множини існуючих. 
Для досягнення поставленої мети, необхідно вирішити наступні 
завдання: 
Провести аналіз стану предмету дослідження і сформувати завдання.   
Провести дослідження багатокритеріальних методів та запропонувати 
найбільш ефективний для виявлення кращого компонента АЗС .  
Дослідити моделі датчиків для газоподібних і рідких середовищ та 
створити реляційні моделі даних параметрів датчиків температури та 
датчиків тиску. 
Побудувати знакові моделі діапазону робочій температури 
визначених датчиків і додаткових даних похибок відносно  до існуючих 
основних через зміну умов середовища та визначити кращі моделі датчиків 
за відповідними параметрами. 
Об’єкт дослідження – процеси управління і контролю параметрів 
енергоносіїв АЗС. 
Методи дослідження базуються на методах системного та  
порівняльного аналізу, теорії інформації, теорії класифікацій, теорії 
комп’ютерного моделювання, теорії розмірності. 
Наукова новизна одержаних результатів 
У процесі вирішення поставлених задач автором отримано такі 
наукові результати: 
1. Запропоновано синтез  багатопараметричних методів: візуалного та 
неповної подібності для визначення кращого компонента системи контроля. 
2. Створені реляційні моделі даних показників багатопараметричних 
датчиків температур та тиску на їх основі побудовані знакові моделі: 
- діапазону робочої температури визначених датчиків; 
9 
- додаткових даних похибок відносно існуючих основних при зміні 
умов середовища та визначити кращі моделі датчиків за відповідними 
параметрами. 
Ця сукупність збільшила швидкість визначення кращих моделей 
датчиків. 
Практичне значення одержаних результатів. 
Практична цінність результатів полягає в доведенні отриманих 
наукових результатів до конкретних інженерних рішень: 
1. Побудована схема відповідностей значень діапазону струму, опору 
навантаження вихідних сигналів, тип лінії зв'язку для датчика тиску. 
2. Побудована схема відношень додаткових даних похибок до 
існуючих основних при зміні умов середовища. 
Апробація результатів магістрантської роботи 
Результати кваліфікованої роботи доповідалися та обговорювалися  на 
студентської науково-практичної конференції Черкаського державного 
технологічного університету 19-22 квітня 2022р. 
Публікації 
Біланенко Р. В. Реляційна модель основних техніко-економічних 
показників систем вимірювання параметрів нафтопродуктів автозаправних 
станціях / Р. В. Біланенко, В. М. Лукашенко // Збірник тез доповідей 
студентської науковопрактичної конференції ЧДТУ: 19–22 квітня 2022 р. 
[Електронний ресурс] / [упоряд. Батраченко О. В., Бєляєва С. С., Захарова 
О. В. та ін.]; Мво освіти і науки України, Черкас. держ. технол. унт. – 
Черкаси: ЧДТУ, 2022. – C. 50.  
Структура і обсяг магістрантської роботи . Кваліфікована робота 
складається із вступу, трьох розділів, висновків, списку використаних 
літературних джерел. 
Загальний обсяг роботи складає 90 сторінок, із них 15 рисунки, 
17 таблиць, список використаних джерел містить 22 найменування.  
10 
РОЗДІЛ 1 
СТАН ПРЕДМЕТА ДОСЛІДЖЕННЯ. ФОРМУВАННЯ ЗАВДАННЯ 
 
 
1.1 Аналіз методів вимірювання параметрів енергоносіїв на 
автозаправних станціях  
За рахунок комплексної автоматизації є можливість практично 
повністю виключити ситуації, які вказані вищі, й звести вплив людського 
фактора практично до нуля. Зібрана й проаналізована інформація дозволяє 
зробити висновок, що сучасний контроль на АЗС – це складна багаторівнева 
й багатофункціональна система, що дозволяє одержувати технічну, 
фінансову й управлінську інформацію, на основі якої тільки й можуть бути 
прийняті ефективні управлінські рішення.  
Тому поруч зі словом «контроль» часто ставлять «безпека». Втрата 
постійного контролю стану, рівня й обсягу енергоносіїв в місткостях 
загрожує не тільки зупинкою процесу заправлення автотехніки, але й 
набагато більшими неприємностями екологічною й ділового характеру. 
На даний момент можна впевнено заявити, що розробка 
автоматизованої системи вимірювання параметрів енергоносіїв являється 
одним з основних завдань контролю на АЗС, яка у своєму процесі роботи 
використовує шкідливі хімічні речовини, зокрема нафтопродукти. При 
виникненні надзвичайної ситуації на такому підприємстві можливий викид 
цих шкідливих речовин в атмосферу, що може призвести до загрози як 
здоров'ю так і життю людей, а також до великих матеріальних збитків. 
Господарювання АЗС є потенційно небезпечним, адже при 
виникненні надзвичайних ситуацій як техногенного так і природного 
походження, які відносяться до чинників, що дестабілізують внутрішню 
безпеку регіону й найголовнішим у зниженні цього дестабілізуючого 
11 
впливу є прогнозування, вчасний захист населення від їхніх згубних 
наслідків. 
1.2 Система «САДКО» автоматизованого дистанційного контролю 
параметрів рідких енергоносіїв середовищ 
Універсальний метод вимірювання дозволяє використовувати 
систему 
'САДКО" в різних областях промисловості та наступних середовищ: 
- нафтопродукти;  
- водні розчини; 
- спиртові розчини; 
- зріджений газ; 
- агресивні середовища. 
Система "САДКО" використовується для зберігання: 
I — нафти і нафтопродуктів; 
ІІ – зерна і сипучих вантажів; 
ІІІ – зрідженого під високим тиском газу; 
 ІV – інші області (рідкі вантажі, баластні води, агресивні суміші і 
т.п.).  
 На рис. 1.1 зображена типова структура системи "САДКО", яка 
містить:  
- персональний комп'ютер (1); 
  – базові блоки (2); 
- блок генераторів (3);  
- датчик (4).  
 При цьому персональний комп'ютер (1) встановлюється в приміщенні 
оператора і виконує функції моніторингу і управління процесами. Базові 
блоки (2) з'єднується з комп'ютером через інтерфейс і забезпечують 
вимірювальну  частину системи. Блок генераторів (3) з'єднуються з базовим   
  
12 
блоком    через   кабельні   лінії   зв'язку.   Блок   генераторів   виробляє 
імпульси вимірювальної інформації, які передаються в датчик. Датчик (4) 
встановлюється на об'єкті: резервуар, цистерна і т.п. 
 
 
 
Рисунок 1.1– типова структура системи «САДКО» 
 
13 
1.3 Принцип процесу вимірювання систем «САДКО» 
Принцип дії систем "САДКО" базується на методі імпульсної 
поліметрії. 
Короткий імпульс напруги (довжина: 10'І2...10'9с, амплітуда: 1 В) 
передається у вимірювальну лінію.  
Електромагнітний імпульс проходить  уздовж кабельної лінії і 
частково відбивається від кожної межі розділення середовищ (повітря-
нафта, нафта-підтоварна вода, дефект в кабелі і т. п.). 
Відбитий сигнал повертається в комп'ютер через ту ж кабельну лінію 
і обробляється. Час повернення відбитого сигналу є функція рівня. Оскільки 
електромагнітна хвиля пересувається із швидкістю світла, вона не чутлива 
до зовнішніх дій (наприклад, коливання температури). 
Програмні засоби забезпечують обробку, зберігання і відображення 
поточної інформації.  
Оператор спостерігає за станом об’єкту в діалоговому режимі і 
оперативно реагує в разі аварії. 
 
 
  
14 
 
 0 Зондуючий імпульс Рівень 
 T1 Відображенний імпульс Lpr 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
T2 Відображенний імпульс Lw 
 
 T3 Відображенний імпульс 0 
 
 Час 
 
 
Рисунок 1.6 – Метод імпульсної поліметрії  
 
 
 
Т1, Т 2, Т 3 – час повернення 1-го, 2-го, 3-го відбитого імпульсу відповідно. 
Lw – рівень підтоварної води. 
LPr – рівень нафтопродукту. 
  
15 
1.4 Особливість загальної структури «САДКО-ГНС» 
Загальна структурна схема стандартної системи серії 
«САДКО – ГНС»   для  системи контролю параметрів збереження 
зрідженого під високим тиском газу наведена на рис.1.2. 
 
Рисунок 1.2 – Загальна структурна схема «Садко-ГНС» 
 
 Примітка: І – центральний  пост контролю (диспетчерська); 
ІІ – ділянка схову зрідженого під високим тиском газу  
16 
На території центрального  поста контролю перебуває диспетчер, який 
наглядає за процесом вимірювання.  
При цьому використовуються такі  пристрої: 
- персональний комп’ютер РС; 
- блок живлення; 
- базовий блок; 
- іскрозахисні бар’єри. 
З рис.1.2 видно, що для забезпечення захисту ємності для зберігання 
зрідженого газу  
 
Процедура керування в часі процесом вимірювання рівня зрідженого 
газу і підтоварної води виконується і згідно рефлектограми, яка 
представлена на рис.1.3 
  
 
 
Рисунок 1.3 – Рефлектограма процесу вимірювання рівня  
зрідженого газу і підтоварної води 
Отже, система серії «САДКО» являє собою вимірювально-
обчислювальний комплекс, що включає:  
17 
- персональний комп'ютер;  
- базовий спектральний блок БСБ (багатоканальний вимірювач 
неоднорідностей середовищ); 
- вимірювальні перетворювачі (відповідної довжини на кожну 
контрольовану ємність);  
- пристрій сполучення БСБ з комп'ютером (спеціалізований аналого-
цифровий перетворювач АЦП з багатожильним кабелем);  
- кабельні ліні зв'язку БСБ із зондами (одножильний радіо кабель типу 
рК-50 або рК-75 );  
- спеціалізоване програмне забезпечення системи здійснює: 
- управління базовим електронним блоком;  
- опрацювання і збирання інформації; 
-  введення бази даних; 
-  користування інтерфейсами, 
- вести діалог; 
-  самотестування,  
- управління аварійною  сигналізацією; 
-  управління компресорами, насосами, тощо.  
Ця система не містить рухомих частин і тому не потребує спе-
ціального обслуговування.  
Система відрізняється повною автоматизацією вимірів і простотою 
експлуатації'. 
Явною перевагою системи «САДКО» є висока точність вимірювання, 
простота і надійність компонентів, відсутність зносу і рухомих частин. 
Особливо важливе використання однієї вимірювальної лінії для реєстрації 
рівня, розділу, щільності і температури середовищ, що невластиве багатьом 
іншим системам. В той же час існує деяке обмеження - відстань від ПК до 
датчика не повинна бути більш 1000м.  
 
18 
1.5 Система «PETROVEND» для  вимірювання рівня  
 
Основний склад системи вимірювання рівня PETROVEND:  
 1. Центральний контролер блоку  управління (ЦБУ);   
2. Блок бар'єрний (ББ);   
 3. Вимірювальні зонди. 
Система контролює до 128 датчиків.  
Видача сигналу «попередження» відбувається при досягненні:  
- або максимального, або мінімального дозволених рівнів води; 
- або максимального, або мінімального дозволених рівнів енергоносії; 
- або  при підключенні датчиків; 
 - або при попаданні води ; 
- або при попаданні палива між стінками резервуарів, в колодязь і т.п.  
 
Центральний блок управління  
 
       Центральний блок управління призначений для; 
- самодіагностики всієї системи; 
- збору інформаційних даних; 
- обробки даних, що надходять від зондів і датчиків; 
- проведення їх аналізу 
- передачі даних або на дисплей, або на принтер.  
        
Модуль, що налаштовується (HM)  
 
         HM - електронний пристрій для прийому і первинного перетворення 
сигналів від зондів і датчиків, обладнаний електронними іскробезпечними 
бар'єрами. Один модуль може містити до 4-х бар'єрів.  
 
19 
          Особливості конструкції резервуарного зонду моделі 924ЕА  
 
          Зонд моделі 924ЕА розміщується в ємності збереження енергоносіїв. 
   Його функції полягають у  тому, що здійснює безперервне вимірювання; 
- рівня енергоносії; 
-  межі розділу води і енергоносії; 
 - температури енергоносії  
Модель 924ЕА в складі  має: 
- два поплавка (один для енергоносії, другий - для води);  
- п'ять датчиків для замірювання температури.   
     Контрольована температура 
від - 25 до +550С. 
     Витік палива з резервуару виявляється при втраті не більше  
0,378 л/г. 
     Зонд з'єднується з електронним пристроєм двожильною екранованою 
крученою парою.   
          Ця двожильна екранована кручена пара розташована в металевих 
трубах, що забезпечує високу точності вимірювань через  віддалення від 
електромагнітних полів  
 Отже, система стеження PETROVEND (OPW) SITESENTINEL  
 - накопичує дані; 
- аналізує дані, що отримані замірювальними зондами і датчиками;  
- поставляє результати аналізу комп'ютерній системі управління.     
 Результати показання видаються на дисплей оператору та роздруковуються 
на його принтері.  
     Основні  технічні характеристики система стеження PETROVEND  
виробництва США наведено у табл.1.1. 
 
  
20 
Таблиця 1.1  
 
Основні технічні характеристики системи PETROVEND 
 
 Значення 
   розм 
Технічні характеристики  показників 
  
  
  38 – 3960 
Діапазон вимірювання рівня рідини 
   
 
 мм 24 – 3900 
Діапазон вимірювання рівня підтоварної води 
   
 
 °С -25 … +55 
Діапазон робочих температур рідини в резервуарі 
   
 
 
Діапазон робочих температур для бар'єрного 
 °С 0…+50 
блоку 
   
контролера 
   
 
 °С -20 … +40 
Температура навколишнього повітря 
   
 
 
 мм ±1 
Похибка вимірювання рівня рідини 
   
 
Похибка вимірювання рівня підтоварної води 
 мм ±1,5 
 
 °С ±0,5 
Похибка вимірювання температури рідини 
   
 
 % ±0,01 
Похибка обчислення об'єму 
    
 
 
 
21 
    Переваги зарубіжної системи «PETROVEND» полягають у тому, що 
вона має: 
- високу точність вимірювання; 
- багатофункціональна. 
До  недоліків слід віднести те, що вона використовують велику кількість 
окремих поплавків,а саме: 
- для бензину; 
- для дизельного палива; 
-  для води. 
Крім того, в системі 5 датчиків для вимірювання температури 
знаходяться  в одному резервуарі, що дуже затрудняє технічне 
обслуговування системи.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
22 
1.6 Аналіз існуючих датчиків систем АЗС 
Вимірювальний перетворювач - це датчик з блоком електроніки для 
вироблення і прийому зондуючих і відбитих сигналів. 
        Датчики збираються в закінчену конструкцію безпосередню перед 
установкою в контрольовану ємність.  
          Приклад встановлення датчиків в ємностях, що зберігають зріджений 
газ під високим тиском представлена на  рис. 1.4.  
 
 
 
Рис 1.4 Конструкція датчика та схема встановлення в ємностях 
23 
Особливість встановлення датчиків (рис.1.4) в ємностях  з 
зрідженим газом під високим тиском являється герметичність, яка 
забезпечуються різьбовими ущільнюючими шайбами. 
Для їх збірки використовуються тільки різьбові з'єднання.  
Вогневі роботи для збірки і установки датчика в місткості не потрібні. 
На верхньому кінці датчика розташований герметичний контейнер з 
 датою електроніки. 
    Нижній кінець датчика упирається безпосередню в дно місткості або ж 
не дістає до нього. 
        Датчик, встановлений в місткості, є простою і міцною механічною 
конструкцією, стійкою до механічних впливів. 
Широкий вибір конструкції датчиків дозволяє виготовляти їх з 
мінімальною вартістю, зручними і надійними в експлуатації, 
використовувати їх практично для будь-яких типів рідин і конструкцій 
ємностей. 
        Датчик з'єднується з базовим блоком за допомогою одного 
коаксіального кабелю, який забезпечує подачу напруги живлення, 
керуючих, зондуючих і інформаційних сигналів (рефлектограм).   
Ця система має істотні переваги порівняно із закордонними анало-
гами, що полягають як у технічних, так значною мірою і за економічними 
показниками. 
Зокрема, у світовій практиці через специфічні умови експлуатації не 
знайшли застосування прилади контролю ряду параметрів зріджених під 
високим тиском газів.  
Водночас світові аналоги, що використовуються для збереження і 
транспортування нафтопродуктів, у 5-8 раз дорожчі. 
Особливістю визначеної системи є: 
- простота конструкції і надійності елементів та системи в цілому; 
24 
-  можливість контролю різних середовищ і параметрів одним вимірювачем; 
- висока технологічність виробництва; 
- легкість обслуговуванні при  експлуатації; 
-  низька вартість. 
Датчики, що призначені для високоточного безконтактного 
вимірювання рівня рідких енергоносіїв обумовлює високу надійність 
рівнеміра. 
Наприклад у датчика рівня типу УПМ-11, за підтвердженню 
розробниками, вперше використана технологія, що забезпечує 
високошвидкісну роботу датчика (частоті 94 ГГц) [4 ].  
Це дозволило досягти унікальної чутливості (десятки мікрон) і 
скоротити розміри антени. 
    У порівнянні з датчиками рівня інших фірм УПМ-11 має найменшу 
антену, яка складає єдине ціле з корпусом датчика рівня.  
     Такі маленькі розміри дозволяють встановлювати прилад на зовнішню 
поверхню резервуару, тобто всередину нічого не опускається. 
 
 
          Принцип дії  
          Принцип дії приладу полягає в наступному.  
Мікрохвильовий генератор датчика рівня формує сигнал, частота 
якого змінюється в часі по лінійному закону рис.1.5 (лінійний частотно-
модульований сигнал).  
       Цей сигнал випромінюється у напрямі продукту, відбивається від нього 
і частина сигналу через певний час, залежний від швидкості світла, 
повертається у прийомний пристрій. 
       Сигнал, що випромінюється, і відбитий змішуються в датчику рівня, і в 
результаті утворюється сигнал, частота якого рівна різниці частот 
25 
прийнятого і випромінюючого сигналу f (рис.1.5), відповідно пропорційна 
часу розповсюдження. 
        Далі обробка сигналу здійснюється мікропроцесорною системою 
датчика рівня і полягає у точному визначенні частоти результуючого 
сигналу і перерахунку її значення в значення рівня наповнення резервуару.  
          
 
 
f - 
 f передаюч
ого 
 сигналу 
 
 f f –
прийомно
 го 
сигналу 
  
 
 
t 
 
t 
 
 
 
Рисунок 1.6- Лінійна залежність вимірювального  
 
 частотно-модульованого сигналу 
Результуючий сигнал несе інформацію про рівень продукту і містить 
різні шумові і паразитні складові, це пов'язано з тим, що вимірювання 
проводиться в реальних умовах. Тому результуючий сигнал піддають 
спектральному аналізу.  
        Далі за допомогою спеціальних алгоритмів спектрального аналізу в 
реальному масштабі часу фільтруються паразитні складові сигналу і з 
26 
високою точністю визначається частота результуючого сигналу, яка 
відповідна рівню продукту.  
Причому, завдяки використанню сучасної елементної бази, а також 
застосуванню власних оригінальних алгоритмів обробки, весь цикл 
вимірювання (залежно від умов вимірювання) займає приблизно 0,2 с. 
          Висока точність вимірювання забезпечується наступними технічними 
рішеннями:         
            -     над високою частотою випромінювання - 94 ГГц;        
            - застосування передових технологій забезпечення лінійності 
частотної характеристики зондуючого  сигналу на основі кварцового 
еталону з використанням фазового автопідстроювання частоти (ФАПЧ);         
            -   використання вбудованої системи стабілізації температури 
основних вимірювальних вузлів, що забезпечує незалежність точності 
вимірювання від температури навколишнього середовища;         
           -   система обробки результуючого сигналу за допомогою 
спектральною аналізу в реальному масштабі часу, побудована на базі 
новітніх мікропроцесорів.  
        Отже, явною перевагою системи "САДКО" є: 
- висока точність вимірювання; 
- простота конструкції; 
- висока надійність компонентів; 
- відсутність зносу і рухомих частин.  
      Особливість полягає у  використанні однієї вимірювальної лінії для 
реєстрації: рівня;  щільність;  температури середовищ. що невластиве 
багатьом іншим системам.  
Недоліком цієї системи є обмеження через  відстань від ПК до датчика , а 
саме: відстань  повинна  бути   1000м.   
Тому далі розглядається принцип функционирования пристрою 
дистанционного управления. 
27 
1.7 Модель пристрою дистанционного управления та принцип її 
функционирования  
 
Принцип дії  пристрою дистанционного управления. розглядається  
використовуючи модель, що представлена на рис.1.7 
 
 
  
ДУ  
МП ОЗП 
 
 
 
 
 
 
 
Таймір   
 ПЗП 
                         
 
 
 Пристрій введення/виводу                                                           
 інформації 
Фіксуюча   
 схема 
 
БІ  
 А ЦАП 1 
Схема  
узгодження      В     ЦАП 2 
 
 
 С ЦАП 3 
 
 
 
 
 
 
Блок екранної 
 
графіки 
 
 
Рисунок 1.7 - Образно-знакова модель пристрою дистанційного керування.  
 
28 
Основними компонентами цієї моделі являються: 
БІ  –  блок індикації 
ОЗП  –  оперативне запам'ятовуючий пристрій 
ПЗП  –  постійний запам'ятовуючий пристрій 
 
Принцип функціонування  
Модель дистанційного управлення (ДУ) генерує послідовність 
коротких імпульсів випромінювання.  
 Кожна послідовність складається з 14 імпульсів, з яких 11 
інформаційних імпульсів, а також попередній, що запускає і зупиняє 
імпульси. 
За допомогою 11 інформаційних імпульсів, передається сигнал, який 
є кодовим словом і має 10 біт.  
Перші чотири біта відведено для передачі адреси, інші для передачі 
команди. Таким чином   формується 16 груп адреси по 64 команди в кожній 
(для прикладу використовується 16 команд з однією строго визначеною 
адресою). 
Двійкова інформація кожного біта визначається тривалістю інтервалів 
між імпульсами: 
- логічному "0" відповідає основний інтервал часу Т;  
- логічної "1" - 2Т;  
- тимчасовий інтервал між  
попереднім та запускаючими імпульсами – 3 Т; 
- між запускаючим та першим інформаційним – Т; 
- між останнім інформаційним та зупиняючим – 3Т. 
Ця інформація надходить у процесор, функції якого: 
 1) Прийняти сигнали ДК;  
2) Виділити біти команди;  
29 
3) Визначити який кнопці дистанційного керування відповідає дана 
команда; 
 4) Забезпечити виконання цієї команди, керуючи та синхронізуючи 
діяльністю всього пристрою управління. 
Як відомо, процесор виконує всі дії згідно з програмою, яка 
зберігається в ПЗП.  
Питання запису програми у ПЗП в даному випадку не 
розглядатимуться.  При функціонуванні процесор зчитує інформацію 
(програму), що зберігається у ПЗП.  
  Для цього процесор з'єднаний із ПЗУ трьома шинами:  
1) Шиною адреси; 
 2) шиною даних;  
3) шиною керування.  
Для зчитування інформації з ПЗП необхідно виконати такі дії; 
 1) забезпечити стабільність рівнів сигналів на адресної шині;  
2) підготувати шину даних для прийому даних до мікропроцесора; 
 3) після кроків 1 та 2 активувати шину керування читанням з пам'яті. 
Мікропроцесор обробляє сигнали дистанційного керування, згідно з 
програмою, яка зберігається в ПЗУ.  
Так як в процесі виконання програми формуватимуться дані, які 
знадобляться для подальшого функціонування схеми пристрою управління, 
потрібно передбачити додаткову область пам'яті, де ці дані будуть 
зберігатися і звідки при необхідності будуть зчитуватися. 
 Для цього у цій схемі використовується ОЗУ.  
Відмінною особливістю ОЗП від ПЗП є те, що дані з ОЗП можуть не тільки 
зчитуватися, а й записуватися в ОЗП.  
Для сполучення мікропроцесора та ОЗУ використовуються ті ж 3 шини: 1) 
шина адреси; 2) шина даних; 3) шина керування. 
Для сполучення мікропроцесора та ОЗУ використовуються ті ж 3 шини:  
30 
1) шина адреси;  
2) шина даних; 
 3) шина керування.  
Зчитування даних із ОЗП аналогічне зчитуванню даних із ПЗП, а для запису 
необхідно виконати такі дії:  
1) на адресній шині має бути активована адреса пам'яті (тобто адреса 
осередку, куди записуються дані); 
2) на шину даних мають надійти дані з мікропроцесора; 
 3) після здійснення дій 1 і 2 на лінію запису на згадку про шини управління 
повинен надійти імпульс дозволу запису.  
Мікропроцесор обробляє сигнали і «приймає» рішення згідно з 
програмою, що зберігається в ПЗП.  
 Дані, які з'являються у процесі виконання програми, зберігаються у ОЗП. 
Таким чином, розглянуті 4 блоки пристрою управління, їх функції та 
суміщення між собою. 
Види сигналів, що надходять з ДК: 
1) сигнали ДК, відповідно до яких відбувається включення необхідного 
каналу з наступним налаштуванням на потрібну частоту відео, звуку та 
налаштуванням на відповідну поляризацію; 
 2) сигнали ДУ, якими можна керувати годинником реального часу з 
будильником та календарем; 
 3) сигнал ДУ, яким можна вимкнути систему загалом. 
         Пристрій управління, аналізуючи сигнали з ДУ згідно з програмою, що 
зберігається з ПЗУ, і виконує такі функції:  
1)  Пристрій видає сигнали в блоці налаштування: 
-  відео; 
- звуку;  
- поляризації..  
31 
Для цього необхідно забезпечити поєднання периферійних пристроїв з 
шиною даних пристрою керування та перетворити цифрові сигнали на 
аналогові. 
        Пристрій, який виконує дані функції, використовується як програмний 
пристрій введення/виведення паралельної інформації містить: 
-  3 вихідні канали; 
- 3 цифро-аналогових перетворювача.  
       Таким чином, на виході ЦАП є аналоговий сигнал пропорційний коду 
на вході відповідного каналу, який використовується в блоках 
налаштування відео, звуку, поляризації.  
2) Пристрій видає сигнали блок індикації для візуального контролю. Для 
цього в даному пристрої управління передбачається блок:: 
- керування та фіксування сигналів, що надходять по шині даних у 
відповідні моменти часу; 
- забезпечує  організацію годинника реального часу з будильником і 
календарем з подальшою подачею сигналів в блок екранної графіки та 
мікропроцесору.  
Для цього у пристрої керування використовується таймер, який виконує 
дані функції. 
- забезпечує видачу та прийом сигналів до інших блоків системи. Для цього 
передбачається блок, що узгоджує внутрішню шину даних пристрою 
управління із зовнішніми блоками у відповідні моменти часу. 
 
 
32 
Висновок до розділу 1 
 В умовах економічної та енергетичної кризи особливо актуальним 
являється на етапі проектування аналізу існуючого сучасного стану 
предмету дослідження, а саме вимірювання параметрів енергоносіїв 
автозаправних станціях. 
Тому роботі на базі евристичного методу визначено та запропоновано 
множина з існуючих аналогів автоматизованих систем для вимірювання 
рівнів енергоносіїв у резервуарах. 
На прикладі цих систем «САДКО»; «PETROVEND» проведено їх 
аналіз за основними техніко-економічними показниками: температура 
навколишнього середовища; діапазон вимірювання; похибка вимірювань; 
гарантійний термін експлуатації; середнє значення часу напрацювання на  
відмову; кількість резервуарів; потужність споживання вимірювача. 
На підставі вищі приведеного напрямку завдань, які вирішуються у 
розділах 2 та 3. 
 
 
  
33 
РОЗДІЛ 2 
ДОСЛІДЖЕННЯ БАГАТОПАРАМЕТРИЧНИХ МЕТОДІВ ДЛЯ 
ВИЯВЛЕННЯ КРАЩОГО КОМПОНЕНТА АЗС 
 
 Встановлено [2, 6, 7], що підвищення техніко-економічних 
показників компонентів МПС призводить до адекватного підвищення 
ефективності систем управління СЛТК, що функціонують в реальному 
режимі часу в цілому. Тому метою є визначення кращого за параметрами 
компонента МПС на основі встановленого ефективного методу аналізу 
складних моделей та їх компонентів при проектуванні спеціалізованого 
лазерного технологічного комплексу.  
 Поставлена  мета досягається шляхом: - встановлення ефективного 
методу аналізу складних моделей та їх компонентів на основі системного 
дослідження та синтезу сучасних багатокритеріальних методів стосовно 
МПС управління в ЛТК; - визначення найкращого компонента МПС 
(наприклад, серед мікроконтролерів серії 7000) на основі обраного 
ефективного багатокритеріального методу аналізу.  
 
2.1 Метод аналізу ієрархій за багатьма параметрами 
Системний підхід дослідження багатокритеріальних систем 
сучасними методами аналізу показав таке.  
У роботах П.М. Таланчука, М.М. Фоміна, В.В. Сергєєва 
рекомендується розглядати не множину функцій цілі, а еквівалентне 
множині функцій, що приводить функції цілі до безрозмірного вигляду, 
оскільки функції цілі мають різну фізичну розмірність.  
При цьому сформульовані такі обмеження:  
- мінімізація величини відхилень від оптимальних значень щодо кожної 
функції цілі; 
34 
 - загальний початок відліку та порядок зміни значень на всій множині 
альтернатив;  
- збереження відношення переваг на множині альтернатив, порівнюваних за 
множиною  функцій цілі і, тим самим, не змінювати множина ефективних 
альтернатив. 
  Акцентовано, що встановлення пріоритетів альтернатив, вибір 
сукупності властивостей проектованої системи цілком залежить від досвіду 
дослідника.  
Це визначає евристичний аспект ситуації прийняття складного 
рішення та має суб'єктивний характер [ 6 ].  
Враховуючи [ 6 ], що конструкція АЗС містить різноманітні системи, 
підсистеми, механічні частини та пристрої, які суттєво відрізняються своїми 
принципами технічної побудови, процесами взаємодії та великої кількості 
різноманітних компонентів можна використовувати ієрархічний підхід 
проектування, запропонований Б.Л. Собкіним, І.П. Норенкова та ін. 
При цьому методи структурної та функціональної оптимізації на 
кожному рівні подання системи передбачають також застосування методів 
теорії евристичних рішень. Це з тим, що у основі рішення оптимальних 
завдань лежить перебір альтернативних варіантів у кінцевому множині [7]. 
Недоліками цих методів аналізу є серйозні часові витрати та високі вимоги 
до кваліфікації дослідника. 
Інтерес у час представляє метод аналізу ієрархій, розроблений 
американським математиком Томсоном Сааті [ 3 ]. 
  Призначення цього – оцінка вищих рівнів ієрархії, з взаємодій її 
різних рівнів. Відмінною особливістю методу аналізу ієрархій є безрозмірні 
пріоритети, які дозволяють обґрунтовано порівнювати різнорідні фактори 
елементів побудованої ієрархічної структури. 
35 
Метод аналізу ієрархій (МАІ) пропонує вибір найкращого з множини 
варіантів за рахунок побудови рейтингу параметрів та виявлення степені 
впливу кожного параметра на процес досягнення цілі.  
В основі цього методу МАІ лежать три етапи: 
 - перший - побудова ієрархічної структури, яка включає ціль, критерії, 
альтернативи та інші фактори, що впливають на вибір альтернативи, на 
основі евристики.   Побудова такої структури допомагає проаналізувати всі 
аспекти проблеми та глибше вникнути у суть завдання;  
-  другий – процедура парного порівняння всіх елементів ієрархії;   
- третій – синтез пріоритетів, обчислюються пріоритети альтернативних 
рішень щодо головної цілі.  
      Усі результати парного порівняння заносяться у відповідну таблицю 
(парних порівнянь), за якою проводяться необхідні обчислення. Найкращим 
вважається альтернатива з максимальним значенням пріоритету. 
      Проте на рис.2.1 видно, що у методі аналізу ієрархій число обчислень 
має сильну залежність кількості типів об'єктів дослідження та кількості 
досліджуваних технічних параметрів [ 4 ].  
      При цьому кожен рівень складається з вузлів, пріоритет яких 
розставляється особою, яка приймає рішення, і має суб'єктивний характер.     
       Кількість ліній зв'язку між вузлами рівнів ієрархії наочно 
підтверджують, що за проміжними результатами обчислень необхідно 
будувати велику кількість таблиць та обчислень.  
Це призводить до великих витрат часу. 
Недоліками цього методу аналізу ієрархій є: 
 – велика кількість таблиць порівняння;  
- залежність часу дослідження від кількості критеріїв порівняння;  
- залежність часу аналізу від кількості об'єктів дослідження;  
– пріоритетність вузла має суб'єктивний характері 
  
36 
 і, як наслідок, оптимальний результат залежить від кваліфікації дослідника. 
 
спеціалізований комплекс контролю енергоносіїв на АЗС 
 
 
 
 
 
Система 1 Система 2 Система 3 Систем Система 5 
 
    
 
 
 
 
Подсистема Подсистема Подсистема  Подсистема  Подсистема 
 3 
1 2 4 5 
 
    
 
 
 
 
 К 1 К 2 К 3 К 4 К 5 К 6 К 7 К 8 К  9 
 
 
 Рисунок 2.1- Образно-знакова модель реалізації методу аналізу  
 ієрархій у чотири  рівня 
К1, К2,….,К9 - компоненти (елементи) нижнього рівня ієрархії  
  
Серед переваг використання ієрархії як засіб опису завдання прийняття 
рішень, можна виділити наступне: 
1. Ієрархічне представлення завдання прийняття рішень дозволяє 
описувати вплив елементів ієрархії одного рівня на елементи іншого рівня. 
  
37 
2. Процес побудови ієрархій виходить із способу мислення людини 
(визначення об'єктів і встановлення зв'язків між ними). 
3. Ієрархія стійка і гнучка в тому сенсі, що малі її зміни (видалення і 
додавання елементів) не руйнують характеристик ієрархії. 
Таким чином, першим етапом у вирішенні завдань прийняття рішень 
є декомпозиція проблематики через визначення її компонент і відносин між 
ними, тобто побудова ієрархії завдання прийняття рішень. 
Всі результати попарних порівнянь заносяться у відповідну таблицю 
(попарних порівнянь), по якій потім проводяться необхідні обчислення. 
Після того, як людина яка приймає рішення проведе всі порівняння, 
за отриманими даними обчислюється відповідний вектор пріоритетів, що 
відповідає перевагам людині яка приймає рішення (вектор пріоритетів є 
власний вектор матриці попарних порівнянь).   
Застосування МАІ показано  на прикладу даних параметрів серійно 
випускових мікроконтролерів серії  ІС 7000, які наведено в табл.2.1. 
 
Таблиця 2.1 
Основні технічні параметри 
мікроконтролерів серії  ІС 7000 
                                   
№                    Параметри  f, N Pр, I, U, tв, 
пп   
 
Гц mВт A В c 
Тип МК  
1 7060 100 4 326 0.43 30 3·10-3 
2 7063 100 8 326 0.03 30 6·10-3 
3 7063B 100 8 326 0.02 30 1·10-3 
4 7065A 100 4 326 0.026 30 1·10-3 
 
Примітка: f – частота;  
38 
N – кількість дискретних входів; 
 U – напруга живлення;  
I – струм споживання;  
tв – час включення; 
Pр – потужність розсіювання кристалу. 
Далі проводиться порівняння альтернатив по кожному критерію 
середнє геометричне значення знаходиться за формулою: 
 
 
С.г = n x  x ...  x
1 2 n
 
де x1…xn – коефіцієнти оцінювання; 
Коефіцієнт оцінювання знаходиться за формулою 
 
C.г
K n
i = ,  n =1,  2,  3, 
C.г
n
 
Використовується квадратна матриця (m=n): 
 Ство 
 Таблиця 2.2 
Порівняння мікроконтролерів по кількості дискретних входів N 
 
Тип  МК 7060 7063 7063B 7065A С.г Кi к 
7060 1,00 0,50 0,50 1,00 0,71 0,17 
7063 2,00 1,00 1,00 2,00 1,41 0,33 
7063B 2,00 1,00 1,00 2,00 1,41 0,33 
7065A 1,00 0,50 0,50 1,00 0,71 0,17 
    Сума 4,24  
 
39 
Таблиця 2. 3 
Порівняння мікроконтролерів по потужності розсіювання кристалу Pр 
 
Тип  МК 7060 7063 7063B 7065A С.г Кi к 
7060 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 0,25 
7063 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 0,25 
7063B 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 0,25 
7065A 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 0,25 
    Сума 4,00  
 
 
Таблиця 2.4 
Порівняння мікроконтролерів по струму споживання I 
 
Тип  МК 7060 7063 7063B 7065A С.г Кi к 
7060 1,00 0,33 0,20 0,25 0,36 0,07 
7063 3,00 1,00 0,33 0,50 0,84 0,17 
7063B 5,00 3,00 1,00 1,00 1,97 0,41 
7065A 4,00 2,00 1,00 1,00 1,68 0,35 
    Сума 4,85  
 
Таблиця 2.5 
Порівняння мікроконтролерів по часу включення tв 
 
Тип  МК 7060 7063 7063B 7065A С.г Кi к 
7060 1,00 2,00 0,50 0,50 0,84 0,19 
7063 0,50 1,00 0,33 0,33 0,49 0,11 
7063B 2,00 3,00 1,00 1,00 1,57 0,35 
7065A 2,00 3,00 1,00 1,00 1,57 0,35 
    Сума 4,46  
 
 
40 
Таблиця 2.6 
Порівняння мікроконтролерів по властивостям 
 
Тип  МК 7060 7063 7063B 7065A С.г Кi вл 
7060 1,00 0,50 0,50 1,00 0,71 0,17 
7063 2,00 1,00 1,00 2,00 1,41 0,33 
7063B 2,00 1,00 1,00 2,00 1,41 0,33 
7065A 1,00 0,50 0,50 1,00 0,71 0,17 
    Сума 4,24  
 
Оцінювання методу порівняння знаходиться за формулою: 
 
W =K K
i вл i k
 
      Таблиця 2.7 
Порівняльна таблиця результатів для  мікроконтролерів 
 
Ki к 
                           Ki вл   
Тип  МК  0,17 0,33 0,33 0,17 W 
7060 0,17 0,25 0,07 0,19 0,1668 
7063 0,33 0,25 0,17 0,11 0,2134 
7063B 0,33 0,25 0,41 0,35 0,3334 
7065A 0,17 0,25 0,35 0,35 0,2864 
 
Отже результат дослідження дає можливість вибрати мікроконтролер 
з найкращими параметрами для вирішення різних задач. 
Недоліком даного методу є залежність кількості мікроконтролерів від 
кількості критеріїв порівнювання, їхня кількість повинна бути рівною.  
Недоліком даного методу є те, що займає багато часу щодо отримання 
результату.  
Тому нижчі досліджується метод на основі теорії умовного 
моделювання та теорії розмірностей .  
 
 
41 
2.2  Метод аналізу об’єктів на основі теорії неповної подібності та 
розмірностей  
 
      У роботах М.П. Алабужева, О.М. Лебедєва, О.М. Станжицького, Є.Ю. 
Тарану та ін. пропонується багатокритеріальний метод аналізу об'єктів 
дослідження реалізувати на основі теорії неповної подібності та теорії 
розмірностей.  
 Метод подібності використовується за умови, що є початкова 
інформація про процес (об'єкт), що базується на фізичних міркуваннях 
достатня для аналітичної постановки завдання, складання основних рівнянь 
і визначення умов єдиності їх рішень.  
Метод розмірностей. Аналіз розмірностей - метод встановлення 
зв'язку між фізичними величинами, істотними для явища заснований на 
розгляді розмірностей величин. 
У основі аналізу розмірностей лежить вимога, згідно якій рівняння, 
що виражає пошуковий зв'язок, повинна залишатися справедливою при 
будь-якій зміні одиниць вхідних в нього величин. Ця вимога співпадає з 
вимогою рівності розмірностей в лівій і правій частинах рівняння. Формула 
розмірності фізичної величини має вигляд: 
 
�� = ������������                                           (2.1) 
 
де N – символ розмірності вторинної величини, 
 L, М, Т ... – символи величин, прийнятих за основних (відповідно 
довжини, маси, часу і так далі); 
 l, m, t ... – цілі або дробові, позитивні або негативні дійсні числа.  
Показники ступеня у формулі (2.1), тобто числа l, m, t, називаються 
показниками розмірності або розмірністю похідної величини N.  
42 
Поняття розмірності розповсюджується і на основні величини. 
Приймають, що розмірність основної величини відносно самої себе рівна 
одиниці і що від інших величин вона не залежить; тоді формула розмірності 
основної величини співпадає з її символом. Якщо одиниця похідної 
величини не змінюється при зміні який-небудь з основних одиниць, то така 
величина володіє нульовою розмірністю по відношенню до відповідної 
основної. Так, прискорення володіє нульовою розмірністю по відношенню 
до маси. Величини, в розмірність яких всі основні величини входять в 
ступені, рівному нулю, називаються безрозмірними. Вибір числа фізичних 
величин, що приймаються за основних, і самих цих величин в принципі 
довільний, але практичні міркування приводять до деякого обмеження 
свободи у виборі основних величі і їх одиниць. 
У системі одиниць за основні величини приймають довжину, масу і 
час. У цій системі розмірність виражається твором трьох символів L, М і Т, 
зведених у відповідні ступені.  
Моделювання може бути фізичне і умовне – математичне (по 
аналогії).  
При фізичному моделюванні відбувається зміна масштабу, але 
зберігається природа процесу.  
Масштабами або константами подібності називаються постійні коефіцієнти 
пропорційності подібних змінних, моделі, що містяться в математичних 
описах, і оригіналах. 
При цьому необхідно для оригіналу і моделі перерахувати всі подібні 
визначальні величини, що фігурують в них. 
Визначальні величини – це різні розмірні або безрозмірні змінні і 
розмірні або безрозмірні постійні.  
Перелік визначальних величин оригінала і моделі, аналіз 
розмінностей цих величин дозволяють знайти критерії подібності. Критерії 
43 
співвідношення допомагають встановити якісні і кількісні зв'язки оригіналу 
і моделі, а по ним отримати масштабні рівняння. 
Якщо не відомий аналітичний вираз функціональній залежності між 
всіма параметрами, то для отримання масштабних рівнянь використовують 
умовні критерії подібності.    
Умовними критеріями подібності називаються прості безрозмірні 
степені комплекси, утворені тільки з визначальних величин, без урахування 
безрозмірних постійних визначального рівняння. 
Крім того, якщо подібність при моделюванні приладів 
встановлюється для всіх елементів, що впливають на його тимчасові і 
просторові функції, то така подібність є повною. У разі, коли 
встановлюється подібність тільки частини процесів або функцій приладу, 
що вивчаються, таке моделювання відноситься до неповної подібності. 
Принципова можливість неповної подібності і моделювання, що базується 
на нім, обумовлена тим, що у багатьох випадках розглядаються не все, а 
тільки частина визначальних величин, що характеризують досліджуваний 
процес. При цьому необхідне дотримання подібності тільки для цих 
величин. 
Якщо модель і модельований об'єкт мають одну і ту ж фізичну 
природу, тобто мова йде про фізичне моделювання, то воно здійснено навіть 
за відсутності математичних описів оригінала і моделі.  
Фізичне моделювання на підставі аналізу розмінностей є одним з 
реально можливих методів вирішення складних практичних завдань 
проектування нових приладів на сучасному етапі розвитку виробництва і 
економіки, оскільки дозволяє спростити процес не тільки проектування, але 
планування і виконання експерименту, що скорочує час і знижує вартість 
приладу.  
Теорія подібності і розмірностей є сполучною ланкою між 
розрахунком (теорією) і експериментом, указуючи, як потрібно ставити 
44 
досвід, як обробляти досвідчені дані і як узагальнювати і поширювати 
отримані результати на інші об'єкти (є можливість встановлення «структури 
функціональних зв'язків між фізичними величинами» 
Інтерес представляють сучасні мікроконтролери серії I-7000, що 
містять блоки управління. Від реалізації функціональних можливостей 
залежить оперативність і гнучкість системи управління і збору даних з 
високими інформаційними технологіями в класичних умовах роботи 
взагалі, а в повільних процесах особливо.  
Крім того, надійність приладу забезпечується не тільки їх якістю 
виготовлення, але і правильним вибором режимів і умов експлуатації. При 
цьому кожен мікроконтролер, як матеріальний об'єкт, володіє декількома 
властивостями, що допускають кількісні вирази. 
Подібна модель – це модель, властивості, параметри і значення 
змінних якої пропорційні відповідним властивостям, параметрам і 
значенням змінних оригіналу. 
У загальному випадку для подібності двох об'єктів необхідно і 
достатнє виконання наступних п'яти умов: 
- подібність математичних описів; 
- зв'язок подібних змінних масштабами; 
- вибір масштабів згідно масштабним рівнянням; 
- подібність умов однозначності вирішень подібних рівнянь, що містяться в 
математичних описах, і пропорційність подібних змінних, що містяться в 
цих умовах; 
- подібність заданих функцій, що містяться в математичних описах, і 
пропорційність тих, що містяться в цих функціях подібних змінних. 
Отже, теорія подібності і розмірностей є сполучною ланкою між 
розрахунком (теорією) і експериментом, указуючи, як потрібно ставити 
досвід, як обробляти досвідчені дані і як узагальнювати і поширювати 
45 
отримані результати на інші об'єкти (є можливість встановлення «структури 
функціональних зв'язків між фізичними величинами» 
Інтерес представляють сучасні мікроконтролери серії I-7000, що 
містять блоки управління. Від реалізації функціональних можливостей 
залежить оперативність і гнучкість системи управління і збору даних з 
високими інформаційними технологіями в класичних умовах роботи 
взагалі, а в повільних процесах особливо.  
Крім того, надійність приладу забезпечується не тільки їх якістю 
виготовлення, але і правильним вибором режимів і умов експлуатації. При 
цьому кожен мікроконтролер, як матеріальний об'єкт, володіє декількома 
властивостями, що допускають кількісні вирази. 
Подібна модель – це модель, властивості, параметри і значення 
змінних якої пропорційні відповідним властивостям, параметрам і 
значенням змінних оригіналу. 
Підтвердження сказаного показано на прикладі компонента МПС 
управління АЗС, що наводиться нижче.  
      Припустимо, що об'єктами дослідження є множина сучасних 
мікроконтролерів (МК) серії IC 7000, яка наведена в табл. 2.1., але додатково 
введено  різні модифікаціями  
 
7060, 7063, 7063B, 7063D, 7065A, 7065D. 
 
та розширений перелік показників, що наведено в табл. 2.8, які включають: 
 
f - частота роботи процесора; 
N - кількість дискретних входів; 
Pп - потужність споживання; 
tв – час включення; 
С – ціна; 
46 
Iн – струм навантаження; 
U – напруга живлення; 
Rв – вхідний опір; 
 
Таблиця 2.8  
Реляційна модель даних за основними технічними параметрами 
мікроконтролерів серії  ІС 7000 
 
   Параметри 
Rв, 
№   f, Pп, tв, C, U, Iн, 
N кО
пп  Тип Гц Вт c $ В A 
м 
        МК 
 
I-7060 100 4 1.3 3*10-3 93.15,…149 30 3 2 
1 
 
I-7063 100 8 1 6*10-3 93.19,…159 30 3 5 
2 
 
I-7063B 100 8 0.6 1*10-3 132.05,…219 30 3 1 
3 
 
I-7063D 100 8 1.5 6*10-3 103.55,…169 30 3 5 
4 
 
I-7065A 100 4 0.8 1*10-3 167.73,…269 30 3 1 
5 
 
I-7065D 100 4 2.2 6*10-3 109.93,…179 30 3 5 
6 
 
Узагальнена інформаційна модель має  вигляд 
 
F(f,  N,  Pп,  tв, С,  Iу,  U,  Rв),                                ( 2.1) 
 
47 
Зіставлення технічних характеристик однотипних 
багатофункціональних виробів електроніки методами теорії неповної  
подібності і розмірності дає можливість виявити базовий пристрій, який 
може бути прийнятий за модель при розробці нового, – оригіналу 
багатофункціональних виробів електроніки мікроконтролерів.  
Зазвичай приналежність відповідного параметра (табл.2.8) моделі 
позначають індексом "м", а індексом "о" – оригіналу.  
На підставі фізичної однорідності моделі і оригіналу забезпечується 
зв'язок подібних величин масштабами і позначається індексом "с". 
Наприклад,  
fс, Nс, Pс, tс, Сс, Iс, Uс, Rс і таке інше. 
 
Подібні змінні параметрів проектованого приладу-оригіналу 
розраховують, використовуючи масштаби подібних параметрів. 
Наприклад,  
fО= fМ ·fС;  
NО= NМ ·NС; 
 PпО= PпМ ·PпС;  
tвО= tвМ ·tвС;  
СО= СМ ·СС;  
IнО= IнМ ·IнС;  
UО= UМ ·UС;  
RвО= RвМ ·RвС і таке інше. 
  
Масштабні рівняння встановлюються по відносинах відповідних 
критеріїв подібності моделі Пм і оригіналу По, загальний вид яких 
представляється наступною формулою:  
 
По/Пм=1 
48 
     
Таким чином, результати дослідження фізичної подібної моделі 
переносяться на оригінал багатофункціональних виробів електроніки за 
допомогою коефіцієнтів подібності. Всі коефіцієнти подібності при цьому 
безрозмірні. 
Відомі методи визначення коефіцієнтів подібності є методи 
багатокритеріального порівняння, які полягають в тому, що спочатку 
довільно вибираються критерії порівняння  (але з урахуванням масштабних 
рівнянь), а потім уточнюють за наслідками пробних машинних рішень, 
прагнучи до того, щоб граничні значення всіх моделюючих параметрів були 
близькі до максимуму.  
Це приводить до низької продуктивності праці розробника при 
проектуванні нового багатофункціонального виробу електроніки - 
оригіналу, що включає комплекс якнайкращих визначальних параметрів. 
Основна трудність масштабування обумовлена тим, що в більшості 
випадків граничні значення модельованих змінних невідомі.  
Отже, для фізично однорідних об'єктів відкритим залишається 
питання вибору значення коефіцієнтів подібності для параметрів оригіналу 
відповідно масштабним рівнянням. 
 
Вирішення цієї проблеми пропонується на основі створення умовної 
комплексної моделі, у якої в перелік умовних визначальних величин 
включені якнайкращі значення параметрів для групи фізично однорідних 
мікроконтролерів.  
Такий перелік визначальних величин умовної комплексної моделі 
складений для групи що розглядаються вище мікроконтролерів (табл. 2.8), 
який представлений в табл. 2.9.  
49 
     Наступним етапом є визначення коефіцієнтів пропорційності подібних 
величин КС для умовної комплексної моделі і даних мікроконтролерів в 
групі табл. 2.8.  
Значення коефіцієнтів КС визначаються через відношення відповідних 
подібних параметрів в табл. 2.9. 
 
Таблиця 2.9 
Основні визначальні величини  параметрів умовної  
комплексної моделі 
 
 
Параметри 
f, Pп, tв, C, U, Rв, Iн, 
мікроконтроле N 
Гц Вт c $ В кОм A 
ра 
 
 
         
7063B 100 8 0.6 1 -3
∙10  3.15,…149 30 3 1 
 
 
В узагальненому вигляді математичну модель КС записується таким чином: 
КіС = Оі УКМ/Oі МК 
 
де КіС –  коефіцієнт пропорційності подібних величин УКМ і 
мікроконтролерів; 
Оі УКМ – і-те значення подібної визначальної величини  УКМ; 
ОіМК – і-те значення подібної визначальної величини           
мікроконтролерів. 
50 
Результати розрахунків для розглянутих вище прикладів представлені в  
табл.2.10.  
На основі аналізу коефіцієнтів пропорційності видно, що з групи БПП 
параметри ІС, в процентному відношенні співпадаючі з параметрами УКМ 
розподілилися таким чином: 
 
Таблиця 2.10 
Коефіцієнти пропорційності подібних величин мікроконтролерів і 
УКМ 
 
    Параметри 
                            
        f, N Pп, tв, C, U, Rв, Iн, 
№   
     Тип Гц Вт c $ В кОм A 
пп   МК 
 
1 I-7060 1 2 0.46 0.333 1,…1 1 1 0.5 
 
 
2 I-7063AD 1 1 0.6 0.166 0.99,…0.93 1 1 0.2 
 
 
3 I-7063B 1 1 1 1 0.7,…0.68 1 1 1 
 
 
4 I-7065A 1 1 0.4 0.166 0.89,…0.88 1 1 0.2 
 
 
5 I-7065AD 1 2 0.75 1 0.55,…0.55 1 1 1 
 
 
6 I-7065D 1 2 0.27 0.166 0.84,…0.83 1 1 0.2 
 
 
51 
Аналіз результатів , які наведені в табл.2.10 показав, що I-7063B 
найближче підходить по параметрах до фізичної моделі мікроконтролерів 
для проектованого багатофункціонального виробу електроніки.  
Дійсно, для криогенних умов роботи багатофункціональних виробів 
електроніки мікроконтролерів якнайкращою базою визначальних величин 
є експериментальні дані мікроконтролер I-7063B. 
Наступним етапом є визначення граничних  коефіцієнтів, тобто 
-  мінімальні – КС мін,  
-максимальні – КС макс 
 значень з КСі для даної групи мікроконтролерів. 
Граничні значення КС мін, КС макс масштабів для подібних 
визначальних величин моделі і оригіналу, відповідно до параметрів 
таблиці 3.3, визначені і представлені в табл. 2..11.   
Аналіз значень КС мін, КС макс (таблиця 2.11) дозволяє вибрати і напрям 
вдосконалення параметрів (f; N; U; Rв)  мікроконтролерів, і порядок 
очікуваного результату відповідно по коефіцієнтам подібності  1; 2; 1; 1. 
 
Таблиця 2.11 
Граничні значення коефіцієнтів пропорційності відповідно 
визначальним величинам  параметрів умовної комплексної моделі і 
групи мікроконтролерів 
 
Граничні 
f, Pп, tв, C, U, Rв, Iн, 
значення N 
Гц Вт c $ В кОм A 
КС 
 
КС мин 1 1 0.27 0.166 0.55,…0.55 1 1 0.2 
 
 
КС макс 1 2 1 1 1,…1 1 1 1 
 
52 
Конкретні чисельні значення масштабів для подібних 
мікроконтролерів рекомендується вибирати з урахуванням реальних 
граничних значень подібних змінних і відповідно до масштабних рівнянь.  
Визначення конкретних чисельних значень масштабів проводиться 
на основі аналізу розмінностей переліку визначених параметрів, пі-теорема 
і визначальні умовні критерії подібності. 
Відомо, що кількість критеріїв подібності встановлюються або 
евристичним методом, або методом нульових ступенів, або методом 
виключення розмінностей. Найпростішим є евристичний метод.  
Враховуючи, що індикатор подібності , що зв'язує між собою 
коефіцієнти подібності, рівний одиниці, то згідно пі-теореми будуються їх 
графічні залежності.  
Наочність і універсальність графічних залежностей для сукупності 
параметрів багатофункціональних виробів електроніки мікроконтролерів 
дозволяють легко оцінити вплив вибраного коефіцієнта подібності 
відповідного параметра на інші характерні величини відповідно до 
масштабних рівнянь. Це зменшує час на проектування 
багатофункціональних виробів електроніки мікроконтролерів і тим самим 
знижує вартість виробу. 
Додаючи фізичний сенс симплексним величинам, по графічних 
залежностях і визначальних рівняннях обчислюють значення коефіцієнтів 
подібності для відповідних параметрів моделі і оригіналу. При цьому 
граничні значення Кс вибирають в діапазоні визначених вище меж.  
Крім того, графічні залежності симплексних величин, прийняті за 
параметричні показники запасу багатофункціональних виробів електроніки 
мікроконтролерів, дозволяють виявити їх резервні можливості. Цим 
скорочується час на проведення експерименту по резервних режимах, 
тобто, створюються умови проведення автомоделювання, що значно 
підвищує техніко-економічні показники приладу.  
53 
На підтвердження сказаного, застосуємо ці теоретичні викладення до 
вдосконалення багатофункціональних виробів електроніки для 
розглянутих вище групи мікроконтролерів. 
 
2.3 Метод  візуалізації для виявлення кращої моделі мікроконтролера 
 
Використовуючи метод аналізу на основі теорії неповної подоби та 
розмірностей, у табл. 2.8 зведено основні технічні параметри, що є рядом 
визначальних величин.  
Узагальнена інформаційна модель має  вигляд 
 
F(f,  N,  Pп,  tв, С,  Iу,  U,  Rв),                                   (2.1) 
 
 
Потужність розсіювання обчислюється за такою формулою [3-4]: 
 
Рр = (150- Тмах)/0,23 ,                                   (2.2) 
 
де Тмах – максимальна температура, оС. 
        Алгоритм процесу фізичного моделювання включає у випадку 
наступну послідовність. 
1..Визначаються умовні критерії подібності на основі узагальненої 
інформаційної  моделі (2,1) і надаються фізичне тлумачення умовним 
критеріям подібності. 
2 Створюються критеріальні рівняння. 
3. Будується знакова модель залежності між умовними критеріями 
подібності, використовуючи образно-знакове моделювання [2, 3, 5].  
4. Приймаються рішення щодо вибору кращого типу ІС МК за п'ятьма 
параметрами одночасно. 
54 
5. Виявляються резервні можливості параметрів МК.  
6. Приймаються рішення щодо вибору напряму для подальшого 
вдосконалення морфоструктури МК. 
Приклади:  
Ψ(UI /Рр; (f tвN)) = 0                                            (2.3)  
 
 ((С1-С2)/С1 и ftвN).                                                (2.3) 
 
 ((С1-С2)/С1 и U/IнRв).                                             (2.3) 
 
Залежність основних технічних параметрів мікроконтролерів у 
безрозмірних координатах (UI/Рр) та (ftвN) зображена на рис. 2.2 
 
(UI /P -3 
p)10
 
 8 
6 
 7 
 6 
4 
 5 
1 
 
4 
  2 
3 5 
 
2 
 
3 
1 
 
 
0 -3
1 2 3 4 5 ftвN10  
 
Рисунок 2.1– Залежність основних технічних параметрів МК серії 7000 у 
безрозмірних координатах (UI/Рр) и (ftвN) 
де (U∙I/Рр) – величина, що характеризує енергетичні витрати;  
(f∙tв∙N) – величина, що характеризує швидкодію МК. 
55 
Причому цифри зазначених точок на графіку – 1, 2, 3, 4, 5, 6 – 
відповідають порядковому номеру МК, наведених у табл. 2.1. 
 
     Аналіз характеристики мікроконтролерів, наведених на рис. 2.2, показує, 
що найменша кількість енергії витрачає МК 7063B, але має недостатню 
швидкодію.  
       У той же час, за швидкісним параметром пріоритет мають МК 7063 і 
МК 7063D, а МК 7063B менші за енергетичним параметром.  
     Аналіз співвідношення U∙I/Рр показує енергетичний запас, що дозволяє 
вибрати напрямок удосконалення МК, наприклад, використовувати 
автомоделювання [2, 4].  
Залежність основних технічних параметрів мікроконтролерів у 
безрозмірних координатах  
 (C1-C2)/C1) и (ftвN) 
зображена на рис. 2.2 
 
 
 
 (C1-C2)/C1 
0.45 
2 
 
0.4 • 
• • 
 • 
• • 
0.35 
 6 
3 1 4 
0.3 
5 
 
0.25 10-3 ftвN 
 
                        0       0,4    0,8    1,2    1,6      2     2,4    2,8     3,2    3,6  4,2  4,6 4,8 
 
 
Рисунок 2.2 – Залежність основних параметрів МК в 
безрозмірних координатах ((C1-C2)/C1) и (ftвN) 
56 
Залежність основних техніко-економічних параметрів МК  
в безрозмірних координатах 
(С1-С2)/С1  та ( U/IнRв)  
зображена на рис. 2.3. 
 
 (C1-C2)/C1  
 2 
0.45 4 
  
0.4 • 
 3 
 • 
• • 
 0.35 • • 
 
6 
 
0.3 1 5 
 
 
 
0.25 
 
 
103 U/IнRв 
 
0.2 
 
                         0       2       4        6       8       10     11     12     14     16     18     20 
  
Рисунок 2.3 – Залежність основних техніко-економічних параметрів МК в 
безрозмірних координатах ((С1-С2)/С1 и U/IнRв) 
 
Аналіз залежності, що наведеної на рис. 2.1, на рис 2.2, на рис 2.3 
показав наступне: 
- кристали мікроконтролерів ІС 7063B, 7065A мають  
енергетичний резерв та малі габаритні розміри, які пропорційні швидкості 
процесу; 
- кристали ІС 7063, 7063D мають величини, що характеризує низький 
швидкісний показник та недостатній резерв по енергетичному показнику. 
 
57 
2.4 Метод візуалізації для виявлення кращих моделей 
мікроконтролерів 
 
На ринку існує багато фірм виробників МК, найвідоміші з них:  
Atmel, 
 Microchip, 
 Fujitsu, 
TexasInstrument. 
Для дослідження обрано  таки: 
МКPIC12C508, PIC10F200, PIC18C242, PIC16F872, dsPIC30F1010,     
PIC32MX340F128H, PIC16C432, MB90F523F, які найбільш икористовувані. 
На основі евристичного методу визначено перелік сучасних типів 
МК та їх основних ТЕП, таких як: 
�������� , �������� − максимальне і мінімальне значення робочої температури;  
 
�������� , �������� − максимальне і мінімальне   напруги споживання; 
 
 �������� , �������� − максимальне і мінімальне значення потужності споживання; 
 
 Ц  , Ц −   максимальне і мінімальне значення ціни. 
������ ������
 
В табл. 2.12 приведено основні техніко-економічні  показники сучасних 
визначених типів мікроконтролерів 
 
 
 
  
58 
Таблиця 2.12 
 Реляційна модель даних за основними технічними параметрами 
мікроконтролерів   
 
Qmin, Qmax, Umin, U
 max, Цmin, Цmax, Pmin, Pmax, 
№ Тип МК 
K K B B EUR EUR Вт Вт 
 
1 PIC12C508 233 398 2 5,5 0,998 1,72 4 11 
 
2 PIC10F200 233 358 2 5,5 0,413 0,512 24 66 
 
3 PIC18C242 273 358 2,7  6 5,26 6,3 67,5 150 
4 PIC16F872 273 398 2,5  6 2,32 3,23 4 9,6 
5 dsPIC30F1010  233  398   3    5,5  3,87 4,26 75 137,5 
6 PIC32MX340F128H  273 343  2,5   6  8,14 9,91 45 108 
7 PIC16C432 273 343 4,5  5,5 3,4 4,2 112,5 137,5 
8 MB90F523F 233 358 4,5  5,5 13,34 15,04 72 88 
  
 
Узагальнена математична модель за основними показниками має 
наступний вигляд формула (1) [6]: 
 
                              ��(��������, �������� , ��  
������ , �������� , Ц������, Ц )
������ , ��������, ��������
 
Враховуючи відсутність математичної залежності між наведеними 
параметрами МК (1), пропонується використовувати теорію неповного 
подібності і фізичного моделювання та на підставі евристичного методу 
створити умовні критерії подібності [3].  
Визначальними величинами є параметри, які зведені в табл.2.12.  
Загальний вид критерію подібності через визначальні величини має 
вигляд формула (2) [6]: 
59 
К= ��������−��
 ������ 
��������
 
де індекси max і min відповідають обраному параметру, при цьому 
���� - умовний критерій, який є безрозмірною величиною.  
Для даної роботи створюємо наступні умовні критерії: 
��
�� = ������ − ��������  
u ;
��������
�������� − ��������  
��P = ;
��������
 
Ц Ц  
������ −
= ������ ;
Ц
������
�������� − ��������  
���� = :
��������
 
 
їх фізичне тлумачення визначають відповідно діапазони робочої напруги, 
потужності, температури та ціни в відносних одиницях. 
Тоді критеріальне рівняння для всіх МК приймає вид формула (3) 
[6]: 
 
�� − �� �� − �� Ц − Ц �� − ��  
                 �� ( ������ ������ ������ ������ ������ ������ ������ ������
; ; ; ) = 0
�������� �������� Ц������ ��������
 
За результатами розрахунку 
��P, ��U, ����, ��  
Ц
 
будується знакова модель залежностей основних ТЕП сучасних типів МК в 
безрозмірних координатах, яка представлена на рис.2.4. 
60 
 
 
Рисунок 2.4 - Знакова модель залежності основних ТЕП параметрів в 
безрозмірних координатах 
 
Примітка: Цифри 1, 2, … , 8 відповідають МК з табл. 2.12 
 
Аналіз моделі (рис.24) показав, що МК PIC 12C508(№1) має 
найкращі техніко-економічні характеристики. 
  
61 
Висновки до розділу 2 
 Проведенні дослідження багатопараметричних методів для виявлення 
кращого компонента АЗС. Визначені вагомі недоліки ієрархічного методу 
(МАІ), які полягають: 
1) у великому витрату часу на процедуру визначення кращій моделі; 
2) у залежності часу обробки від кількості параметрів; 
3) значення результатів носить суб’єктивний характер і залежить від знань і 
умінь робітника; 
4) висока вартість виробу через високу кваліфікацію розробника. 
 Переваги методу на базі теорії неповної подібності та розмірностей 
(ТНПР) полягають у відсутності перелічених вищі недоліків. 
 Запропоновано синтез методу візуалізації та ТНПР,  підвищує 
швидкість прийняття рішення майже на 3-4 порядку. 
  
62 
РОЗДІЛ 3 
ДОСЛІДЖЕННЯ МОДЕЛЕЙ  ДАТЧИКІВ ДЛЯ ГАЗОПОДІБНИХ І 
РІДКИХ СЕРЕДОВИЩ  
Прогрес в області автоматизації управління системами досяг 
істотного рівня, де одним з основних компонентів є датчики.  
Датчик перетворює інформацію о фізичної величині  в сигнал, що 
зручний для використання і обробки в системах контролю та управлення.  
Пропоновані в даний час датчики дозволяють координувати роботу 
складних системах контролю, в яких застосовуються різні типи керуючого 
обладнання.   
При проєктуванні автоматизованих систем контролю основними 
вагомими параметрами при виборі конкретної моделі датчиків є діапазон 
вимірювання, точність, вартість та умови експлуатації. 
При проектуванні пристроїв контролю параметрів енергоносіїв для 
автоматизованих систем особливу увагу необхідно звернути на умови їх 
використання.  
Тому в роботі при аналізі існуючих датчиків, як компонентів  АЗС, 
особлива увага акцентується на можливості їх відповідності цим умовам. 
 На рис.3.1 представлена класифікаційна схема датчиків за принципами 
перетворення, яка підтверджує їх багату різноманітність тільки за одним 
напрямком [11 ]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  
63 
 Принципи перетворення 
   інформації 
 
За видом фізичних величин За функциональному 
(ФВ), що перетворюються  призначеню 
 
За фізичному принципу  За методом перетворення 
действия фізичних величин (ФВ) 
 
 За необхідностю  За кількістю  функцій, що 
зовнешнего джерела виконуються 
енергії  
 
 За можливостю беспере- За наявністю джерела  
ривного перетворювання  випромінювання 
вхідної ФВ 
 
За можливостю определять  За наявністю додаткового   
знак (полярність, фазу) джерела  енергії 
 
вхідної ФВ 
  
За просторової  За видом додаткового   
 селективності джерела  енергії 
 
 За наявністю 
За типом взаимодії з  
вмонтованних 
об’єктом  обчислювальних пристроїв 
 
За кількістю чутливих  За  технологією 
елементів виготовлення 
 
 
за видом рівнянь за видом вихідного сигналу 
перетворення  
 
За характером зміни 
вихідного сигналу  
 
Рисунок 3.1- Класифікаційна схема датчиків за принципами перетворення 
  інформації 
  
64 
3.1 Дослідження характерних особливостей датчика температури серії  
ДТМ-1 
 
Датчики ДТМ-1 призначені для контролю температури газоподібних 
і рідких середовищ в технологічних апаратах, які  використовуються у 
вибухонебезпечних умовах їх основні параметри:  
- температура — див. табл.3.1; 
 - максимальний тиск робочого середовища     60;  
• два виконання по вигляду вихідного сигналу:  
- з струмовим сигналом  
                                              4—20 мА;  
- з двопозиційним струмовим сигналом, що має два рівні:  
1,0±0,5мА,  
4,5±0,5мА  
•  напруга живлення:  
- датчика ДТМ-1-А  від мережі постійного струму напругою 
                                                   (5±1) В;  
- датчика ДТМ-1-Р  від мережі постійного струму напругою 
                                                    від 5 до 8 В;  
•  споживану електричну потужність  
                                                   не більше 0,2 Вт;  
•  маркування  вибухозахисту OExiaIICT5X;  
•  режим термостата;           
•  габаритні розміри 
                                                 67x44x(53 +l ) мм; 
Відповідають вимогам  ПБ 09-540-03.  
  
65 
Для дослідження датчиків типа ДТМ-1 створення реляційна модель 
даних за основними параметрами, яка представлена в табл.3.1  
 
3.1.1 Реляційна модель даних за основними параметрами серії датчиків 
типу ДТМ-1 
 
Створена реляційна модель даних за основними параметрами датчиків серії 
ДТМ-1, яка представлена в табл.3.1 
Таблиця  3.1  
Реляційна модель даних за основними  
параметрами датчиків типа ДТМ-1 
 Область Діапазон 
Тип  
 контрольова контрольован
термо з’єднання  
 Тип  них их 
чутливого різьбленн
№  температур температур, 
елементу я 
°С К 
 
  
  
1 ДТ-1-Р  
ДТ-1-Р-1 Напівпрові -55,…, 125 М8х1 
218 -398 
ДТ-1-Р-2 дниковий   
 
 
 ДТ-1-РМ ЕЧМ -55,.., 180 
2 218- 453 
   М20х1,5 
 
 ДТ-1-РП -200,.., .300 
ЕЧМ 73-573 
3   
 
ДТ-1-А ДТ-
4 
1-А-1  Напівпрові
 -55,..,.125 
дниковий М8х1 
 218 -398 
 
 ДТ-1-А-2   
5  
 ДТ-1-АМ  ЕЧМ -55,…,180 М20х1,5 
6 218 -453 
    
66 
    
 
7 ДТ-1-АП  
ЕЧМ -200,…,.300 73-573 
 
 
 
67 
Продовження табл. 3.1  
  
  Макс. 
8 Довжина Довжина Вигляд тиск 
занурювальн термо 
Шифр   вихідного робочо вага, 
ої  частини, балона, сигналу  го кг 
 
l, мм L, мм  середо  
  вища   
 
  
 ДТ-1-Р 
9 ДТ-1-Р-1 дворівнев атмосф
22 52  0,25 
ДТ-1-Р-2 ий ерне 
 струмови
 
й сигнал,  
 ДТ-1-РМ визначаєтьс I р 1,0мА, 
визначається 
10  я при  IIр    
при 60 
 замовленні  4,5мА 0,8 
ДТ-1-РП замовленні  
11 Lmin =L+53  
  
 
  
12 ДТ-1-А атмосф
ДТ-1-А-1 22  52 0,35 
 ерне 
уніфікован
ий  
 ДТ-1-А-2 струмовий 
13  визначаєтьс сигнал 
визначається 
я при  4-20 мА 
 ДТ-1-АМ при 
замовленні  60 0,8 
14  замовленні 
L min =L+53 
 ДТ-1-АП  
 
15  
 
Порівняльний аналіз кількісного оцінювання температурних 
характеристик цих датчиків наведено нижчі через умовні критерії якості 
 
68 
3.1.2 Порівняльний аналіз кількісного оцінювання діапазону 
параметрів  робочій температури датчиків серії ДТМ-1 на базі знакових 
моделей  
 
Розрахунки умовних критеріїв якості за температурними параметрами 
датчиків ДТМ-1 здійснюється наступним чином 
Умовними критеріями якості називаються прості безрозмірні 
степеневі комплекси, що сформовані із визначальних величин [10].  
Загальний вид критерію подібності через певні величини має вигляд: 
 
S
K max − Smin
i = ,                                     (3.1)
Smax
де індекси max і min відповідають обраним параметру температури, при 
цьому Ki – умовний критерій, який є безрозмірною величиною, але має 
фізичне тлумачення, що характеризує відповідний температурний 
діапазон  [12 ]. Результати розрахунків Ki наведено на рис.3.1 
K
 i 
 
��1 
 
 
 ��2 
 
 
��3 
 
 
 № 
1 2 3 4 5 6 7 
 
Рисунок 3.1- Знакова модель діапазону  температурних показників 
датчиків ДТМ-1 в безрозмірних координатах 
Примітка: цифри 1, …, 7 відповідають цифрам в табл. 3.1. 
З рис. 3.1 видно, що найбільші значення критеріїв, що характеризують 
діапазон робочої температури мають датчики ДТ-1-РП та ДТ-1-АП . 
69 
3.2  Дослідження характерних особливостей багатофункціональних 
датчиків температури  серії ДТМ 2 
 
Багатофункціональні датчики температури ДТМ2  призначені для 
безперервного контролю температури рідких продуктів в резервуарах в 
декількох крапках по висоті заповнення резервуару.  
Датчики ДТМ2 здійснюють контактний автоматичний вимір 
температури контрольованого середовища в крапках з кроком, кратним  
0,25м по висоті резервуару. 
Максимальна кількість точок виміру для ДТМ2 дорівнює 16. 
Датчики застосовуються в системах автоматизації виробничих 
об'єктів нафтогазовою, нафтохімічною, хімічною, енергетичною, 
металургійною, харчовою і інших галузей промисловості в апаратах з 
атмосферним або надлишковим (не більше 0,15 МПа) тиском. 
Датчики ДТМ2 призначені для розміщення на об'єктах класу 1 і 
класу2, де можливе утворення сумішей горючих газів і пари з повітрям 
категорії IIB температурних груп Т3, Т4 або T5 залежно від температури 
настановного фланця. 
Датчики ДТМ2 мають вибухозахищене виконання, мають вигляд 
вибухозахисту «Іскробезпечний електричний ланцюг», рівень 
вибухозахисту «Вибухобезпечний» для вибухонебезпечних сумішей 
категорії IIВ, вибухозахисту «1ExibIIBТ3/Т4/T5 X» (залежно від 
температури настановного фланця) і можуть застосовуватися у 
вибухонебезпечних зонах згідно вимогам нормативно технічних 
документів, що регламентують вживання устаткування у 
вибухонебезпечних зонах. 
Для датчиків ДТМ2 знак «Х» вказує на можливість вживання датчиків 
в комплекті з блоком сполучення з датчиками БСД-1  
або іншими вторинними приладами ЗАТ «Альбатрос», що мають вигляд 
70 
вибухозахисту «Іскробезпечний електричний ланцюг», рівень 
вибухозахисту «Вибухобезпечний» для вибухонебезпечних сумішей 
категорії IIB і параметри іскробезпечних виходів: 
                                      U – 14,3 В;   
                                        I – 80 mА.  
Датчики внесені до Державного реєстру засобів вимірів.  
 Контрольоване середовище: 
- нафта, 
-  нафтопродукти,  
- розчинники, 
-  кислоти,  
- інші агресивні, 
-  неагресивні середовища.  
Стійкість датчиків до агресивних середовищ обмежена вживаними 
матеріалами, що контактують з контрольованим середовищем:  
- неіржавіюча сталь 12Х18Н10Т, 
- фторопласт-4.  
 Датчики містять дискретні компоненти та складаються з:  
– чутливого елементу (ЧЕ), що включає інтегральні термометри (ІТ);  
– первинного перетворювача (ПП), що включає мікроконтролер (МК) і 
незалежну пам'ять (ЕПМК).  
Чутливий елемент датчика ДТМ2 виконаний у вигляді кабель-троса в 
оболонці з фторопласту, усередині якої (з кроком, кратним 0,25 м ) 
розташовуються ІТ. У нижній частині ЧЕ кріпиться вантаж, що забезпечує 
натягнення ЧЕ. У верхній частині ЧЕ датчиків поза резервуаром 
встановлений ПП в литому корпусі з алюмінієвого сплаву.  
Номенклатура датчиків ДТМ2, що випускаються, приведена в табл. 3.2 
 
  
71 
Таблиця 3.2   
Реляційна модель даних за показниками 
 умов експлуатації датчиків ДТМ 2 
 
№ Найменування параметру параметри 
  
1. Довжина чутливого елементу От 1,5 до 16 м 
  
2. Кількість точок вимірів до 16 
  
Температура контрольованого 
3. від мінус 45 до + 125 °C 
середовища 
 
 
Тиск контрольованого 
4. не більше 0,15 МПа 
середовища 
 
Класиф ікація  
5. 1ExibIIBT3/Т4/Т5 X  
вибухозахищеності 
 
6. Міра захисту оболонки IP68  
 
7. Кліматичного виконання ОМ1,5   
  
Температура зовнішнього 
8. від мінус 45 до +85 °С 
середовища 
 
 
9. Межі зміни атмосферного тиску від 84 до 106,7 кПа 
  
III, IV (морська і приморсько-
10. Тип атмосфери 
промислова) 
 
 
11. Термін служби не менше 10 років 
  
12. Маса не більше 4,7 кг 
  
 
Аналіз точності вимірювань температур для  ДТМ2-0,   ДТМ2-1 
проведено через  абсолютні похибки вимірів температури  у визначених 
діапазонах наведено нижчі 
72 
 Абсолютні похибки  вимірів температури, що припускається, для  
ДТМ2-0:  
– у діапазоні температур контрольованого середовища 
від мінус 45 до мінус 10 °С  
 = ±2°C;  
– у діапазоні температур контрольованого середовища зверху 
мінус 10 до +85 °С 
= ±0,5°C;  
– у діапазоні температур контрольованого середовища зверху 
 +85 до +125 °С  
 = ± 2 °C . 
  Абсолютні похибки  вимірів температури, що припускається, 
для ДТМ2-1:  
– у діапазоні температур контрольованого середовища 
від мінус 45 до +85 °С  
= ± 0,5 °C ;  
– у діапазоні температур контрольованого середовища зверху 
 +85 до +125 °С  
= ± 2 °C . 
Електричні параметри і характеристики датчика ДТМ2:  
 Живлення датчиків здійснюється від вторинного приладу постійною 
іскробезпечною напругою +5 В. 
 Струм споживання датчиків складає не більше 20mА.  
  
  Нормальне функціонування датчиків забезпечується при довжині 
сполучного кабелю між датчиками і вторинними приладами 1,5км. 
  Вирішується застосування екранованих контрольних кабелів з наступними 
параметрами: 
73 
-  R КАБ  = 100 Ом,  
- С КАБ  = 0,1 мкФ,  
- L КАБ=  2mГн.  
Обмін інформацією датчиків з вторинним приладом ведеться послідовним 
кодом в асинхронному напівдуплексному режимі по внутрішньому 
протоколу ЗАТ «Альбатрос».  
Швидкість передачі визначається положенням вимикача на платах датчиків 
і складає: 
1200 біт/с;  
 2400 біт/с;   
  4800 біт/с. 
 За умовчанням встановлена швидкість обміну 4800 біт/с.  
 Принцип роботи приладів: 
Вимір температури продукту виконується цифровими інтегральними 
термометрами фірми MaximIntegratedProducts, Inc. 
Первинний перетворювач здійснює зчитування інформації про 
температуру з інтегральних термометрів чутливий елемент і видачу 
інформації по командах вторинного приладу в лінію зв'язку.  
По трьохпровідній лінії мікроконтролер опитує все інтегральними 
термометрами, розташовані в чутливий елемент, з частотою вісім 
інтегральними термометрами в секунду. Положення інтегральними 
термометрами на чутливий елемент визначає номер вимірюваного каналу. 
Нумерація каналів починається з боку корпусу датчика.  
По сигналам з лінії «Запит» від вторинного приладу мікроконтролер 
видає асихронно в лінію «Відповідь» значення температури по запитаному 
каналу виміру або діагностичні повідомлення.  
Число точок виміру температури – не більше 16. 
 
 
74 
3.3 Дослідження характерних особливостей датчика тиску типу 
«АРКТУР-01»  
 
Датчик тиску «Арктур-01» призначений для безперервного 
перетворення надлишкового тиску рідин і газів, в уніфікований струмовий 
вихідний сигнал. 
Датчик може застосовуватися при контролі, регулюванні 
комерційними процесами рідини і газу на АЗС 
Арктур-01–цифровий датчик надлишкового тиску, призначений для 
роботи при температурі довкілля від мінус 40°С до +80°С, що перетворює 
вимірюваний тиск в уніфікований струмовий вихідний сигнал 0-5 мА (по 4-
х-дротовій лінії зв'язку) або 4-20 мА (по 2-о-дротовій лінії зв'язку). 
Характеристики, параметри, розміри: 
Верхні межі вимірів надлишкового тиску датчиків  
— 0,06; 0,1; 0,16; 0,25; 0,40; 0,60; 1,0; 1,6; 2,5; 4,0; 6,0; 10; 16; 25; 40;60;100 
МПа. 
Конструкція датчиків забезпечує можливість підстроювання нуля і 
верхньої межі зміни вихідного сигналу при випуску з виробництва і в 
процесі експлуатації. 
Конструкція датчиків виключає несанкціонований доступ до 
електронного блоку. 
Конструкція датчиків забезпечує можливість виміру тиску 
середовищ, по відношенню до яких матеріали, що контактують з 
вимірюваним середовищем, є корозійностійкими. 
Межі основної похибки, що припускається, вираженої у відсотках від 
верхньої межі вимірів (  рівні ± 0,1; ± 0,15; ± 0,2; ± 0,25 ± 0,5%) 
 
 
 
75 
3.3.1 Схема відповідностей значень діапазону струму, опіру 
навантаження вихідних сигналів, тип лінії зв'язку для датчика тиску 
 
         Створена схема відповідностей  (табл. 3.3)   параметрів струму 
вихідного сигнал, тип лінії зв'язку і максимальний опір навантаження для 
датчика тиску. 
Таблиця 3.3 
Схема відповідностей параметрів струму вихідного сигнал, тип лінії 
зв'язку і максимальний опір навантаження для датчика тиску 
 
 Опір навантаження  
Тип лінії 
Діапазон значень Rн,  
зв'язку 
струми вихідного кОм 
 
сигналу, мА  
  
4 – 20 Двопровідна 0,5 
  
0 – 5 
Чотирипровідна 2,5 
 
 
Електричне живлення датчиків повинне здійснюватися від джерела 
живлення постійного струму напругою  (5 + 0,72) В. При роботі датчика в 
режимі 4-20 мА з навантаженням Rн мах допускається зменшення напруги на 
датчику до 3 В    за рахунок падіння напруги на навантаженні. 
 
3.3.2 Схема відношень  даних додаткових похибок результатів 
контролю відповідних параметрів до існуючих основних при зміні умов 
середовища.  
 
 Діапазон додаткової похибки, що припускається (t, викликаної 
зміною температури довколишнього повітря на кожні 10°С). 
Діапазон додаткової похибки, що припускається, викликаної зміною 
напруги живлення з швидкістю не більш ± 0.5 В/С не перевищують значень, 
вказаних в табл.3.4. 
76 
Діапазон додаткової похибки датчиків, що припускається, викликаної 
дією зовнішнього змінного магнітного поля частотою 50 Гц і напруженістю 
400 А/м, або зовнішнього постійного магнітного поля напруженістю 400 
А/м, при найсприятливішій фазі і напрямі поля вказані в табл.3.4. 
Таблиця 3.4  
Схема відношень  додаткових даних похибок до існуючих основних  
через зміну умов середовища при отримані результатів контролю 
відповідних параметрів 
 
 Діапазон Межі додаткової похибки, що 
основної припускається %  
похибки, що через зміну 
через зміну через дію  
припускається, температури 
напруги магнітного 
 довколишнього 
живлення  поля 
% повітря на 
  
 кожні 10°С 
оп т н м 
1 ± 0,10 ± 0,05 ± 0,10 
- 
   
2 ± 0,15 ± 0,15 ± 0,05 ± 0,16 
    
3 ± 0,20 ± 0,20 ± 0,05 ± 0,16 
    
4 ± 0,25 ± 0,25 ± 0,16 ± 0,25 
    
5 ± 0,50 ± 0,45 ± 0,25 ± 0,4 
    
 
Діапазон додаткової похибки, що припускається, викликаної зміною 
опору навантаження, не виходять за межі +0,01% від діапазону зміни 
вихідного сигналу на кожних 100 Ом зміни опору навантаження. 
Датчики герметичні при дії тиску в 1,25 разу що перевищує найбільшу 
верхню межу вимірів. 
  
77 
3.3.3 Знакова модель додаткових даних похибок відносно  до існуючих 
основних через зміну умов середовища 
Враховуючи, що візуалізація забезпечує високу швидкість процесу 
придбання відповідних знань, на рис.3.2 представлена знакова модель  
додаткових даних похибок до існуючих основних через зміну умов 
середовища при отримані результатів контролю відповідних параметрів 
 
 ± 
,% 
 
 
0.5 
 
 
 
 0.4 
  
 0. 3 
  
0.2 
 
 
 
0.1 
 
 
 № 
 
5 
1 2  3 4 
         
Рисунок 3.2 - Знакова модель додаткових даних похибок 
до існуючих основних через зміну умов середовища. 
Примітка: цифри 1, …, 5 відповідають цифрам в табл. 3.4. 
При цьому кожній цифрі відповідає послідовність наступних похибок:  
оп ; Т ; он; м.  
  
78 
Діапазон додаткової похибки, що припускається, викликаної зміною 
опору навантаження, не виходять за межі +0,01% від діапазону зміни 
вихідного сигналу на кожних 100 Ом зміни опору навантаження. 
Датчики герметичні при дії тиску в 1,25 разу що перевищує найбільшу 
верхню межу вимірів. 
 Повний середній термін служби не менше 12 років, окрім датчиків, 
вживаних при вимірі параметрів хімічно агресивних середовищ. 
Середній термін служби датчиків, вживаних при вимірі параметрів 
хімічно агресивних середовищ, не менше 6 років.  
Середнє напрацювання з врахуванням технічного обслуговування, РЕ, 
що регламентується, складає 100000 ч.  
Споживаний датчиками електричний струм при напрузі живлення 
 5 В не більше 4-20 мА. 
 Номінальна маса датчиків не більше 0,5 кг 
 Складові частини датчика не є джерелом утворення горючого 
середовища і джерел запалення в горючому середовищі.  
Отже,  конструктивно  датчик  є закінченим пристроєм, що 
складається з:       
- вимірювального перетворювача; 
- електронного блоку; 
- елементів, що забезпечують підключення датчика до магістралі; 
- корпусу, в якому розміщені всі елементи і блоки датчика.  
Сполучний кабель незнімний, завдовжки 1.5 м. 
 
3.3.4 Алгоритм процесу вимірювання датчиком тиску 
 
Алгоритм процесу вимірювання датчиком тиску включає наступне: 
- подається вимірюваний тиск в камеру вимірювального блоку;  
-  перетвориться в деформацію мембрани тензоперетворювача;  
79 
-  змінюється електричний опір резисторів тензоперетворювача, 
розміщеного у вимірювальному блоці.  
- з'являється вихідна напруга на виході тензоперетворювача, яка 
залежна від тиску на мембрану тензоперетворювача.  
Запропонована модель електричної принципової схеми підключення 
датчика тиску Арктур-01, яка представлена на рис.3.1. 
 
 
 
Рисунок 3.2  – Електрична принципова схема підключення датчика  
тиску « Арктур-01» 
 
Аналіз моделі електричної принципової схеми підключення датчика 
тиску Арктур-01, яка представлена на рис.3.2 показав простоту цієї 
конструкції і, як наслідок,  легкість і малий час  на налаштування її для 
роботи. 
 
  
80 
3.4  Дослідження п’єзодатчика моделі AV Crb455e 
 
 Основний елемент датчика - пьезоелемент, доповнений інерційним 
перетворювачем.  
Образно-знакова модель датчика зображена на рис. 3.3.  
 
 
Рисунок 3.3 -  Образно-знакова модель датчика AV Crb455e 
1 - друкарська плата; 
2- пружна спиця; 
3- дротяна опора; 
4- п’єзоелемент; 
5- вантаж 
Ця конструкція перетворить коливання вантажу в змінний тиск на 
п’єзоелемент.     
Для проведення експерименту спиця 2  виготовлена із сталевого дроту 
діаметром 0,8 мм, розплющений її кінець мав товщину 0,2...0,25 мм, вантаж 
5 - свинцевий кубик вагою 3гр. Всі елементи вмонтовують на друкарській 
платі, виготовленій з двостороннього фольгованого склотекстоліту 
завтовшки 1,5 мм, креслення якої показане на рис.3.4. Частина фольги з боку 
установки елементів використовується як загальний дріт. Підключення до 
81 
неї виводів резисторів, що "заземляються", конденсаторів і інших деталей 
показані чорними крапками. У місцях пропуску виводів елементів в цій 
фользі мають бути витравлені захисні кухлі діаметром близько 2 мм (на 
рис.3.4 не показані). Місця з'єднання металізованих ділянок першої і другої 
сторін плати показані чорними квадратами зі світлою крапкою в центрі. 
 
 
Рисунок 3.4 – Схема монтажа елементів датчика тиску  на друкарської 
платі  
82 
  Процес збірки полягає в наступному: на друкарську плату кріплять 
акустичні п’єзоелемент 4 з відкритим обкладанням, до якого припаяна 
образна для М-коду дротяна опора 3.  
До неї припаюють пружну спицю 2, один кінець якої розплющений, 
зігнутий в півкільце і припаяний до плати 1, а на іншому закріплений вантаж 
3.4.1  Визначення електричної принципової схеми підключення 
датчика тиску AV Crb455e 
Для проведення експерименту запропонована електрична принципова 
схема підключення  пристрою показана на рис. 3.5 
 
 
 
 
Рисунок 3.5 – Електрична принципова схема підключення 
 датчика тиску AV Crb455e 
83 
Експеримент показав, що резонансна частота такого перетворювача 
fpeз= 23 Гц. 
  Очевидно, що при слабких і рідких ударах і поштовхах на виході 
компаратора буде сформовано менше число імпульсів, чим при сильних і 
частих, а при високій активності   воно може перевищити деяку межу.  
На мікропотужному ОУ DА1 зібраний компаратор, поріг його 
перемикання Uп встановлюють подстроєчним резистором R4. В стані 
спокою напруга на інвертуючому вході ОУ DА1 перевищує на 0,3...3 мВ 
напруга на неінвертуючому, тому на його виході встановиться низький 
рівень - балка. 0. 
При появі на п’єзоелементі В1 (рис.3.4) змінної напруги з амплітудою, 
достатньою для перемикання ОУ DА1, на його виході формується "пачка" 
імпульсів, які після інвертування логічним елементом DD1.3 поступлять на 
вхід лічильника DД2 і вхід одновібратора (вивід 6 DD1.1), зібраного на 
елементах DD1.1, DD1.2. 
 Цей одновібратор формує імпульс елементами С1, R8, тривалість 
якого дорівнює 
tакт =  7c,  
який задає часовий інтервал активної роботи датчика - тривалість циклу 
підрахунку імпульсів.  
      Після закінчення цього інтервалу на виході елементу DD1.4 формується 
короткий імпульс елементами R9,C3, значення якого дорівнює 
 t = 14 mс.  
Цим імпульсом обнулюється лічильник DD2. 
Оскільки сигнал високого логічного рівня (сигнал тривоги) на виході 
2n лічильника DD2 виникає лише зі вступом в лічильник 2п-го імпульсу, 
поріг спрацьовування датчика залежить від того, який з виходів цього 
лічильника задіяний. Якщо це буде зроблено так, як показано на рис. 3.5, то 
сигнал тривоги на "Виході 1" виникне зі вступом на вхід 1З лічильника DD2 
84 
64-го імпульсу. Вихід датчика ("Вихід 2") - відкритий стік польового 
транзистора VТ1 - дозволить підключити до нього навантаження, що має 
власне джерело живлення. 
П’єзоелемент В1 - акустичний випромінювач ЗП-19. Його підставу 
припаюють до спеціально призначеним для цього контактну площу на платі.  
Щоб уникнути торкання вантажем плати в ній можна зробити виріз (на рис. 
3.3 показаний пунктиром).  
Змонтовану плату встановлюють в корпус і кріплять гвинтами в 
трьох крапках. У такому оформленні датчик матиме габаритні розміри 
82x35x15 мм. 
Особливості про обмеження: 
 часовий інтервал активної роботи датчика tакт визначається через виконання 
умови  
fpeз∙tакт >  2n, 
 
Інакше сигнал тривоги на виході датчика не виникне навіть при 
безперервному збудженні п’єзоелемента. 
Для вказаних на схемі номіналів елементів ця умова виконана, оскільки 
fpeз∙tакт = 23∙7 =161, 
і виходом датчика міг би бути будь-якому з чотирьох виходів лічильника 
DD2: 24, 25, 26, або 27  
128 < 161.  
Найвищу чутливість (і до перешкод теж)   матиме  датчик, в якому сигнал 
тривоги знімають з виходу 24, а самим перешкодозахищеним - з виходу  27 
Якщо датчик повинен відреагувати на короткочасні однократні удари, 
близьким за часом має бути і інтервал tакт.  
Якщо такого обмеження немає, tакт рекомендується збільшити. Це 
обумовлено тим, що із збільшенням tакт зменшується вірогідність 
виникнення помилкового сигналу тривоги. Але використовуване тут 
85 
рішення схемотехніки дозволить збільшити tакт лише до 35...40с, оскільки, 
як показав досвід, опір резистора R8 не повинно бути більше 30 МОм, а 
максимальна ємкість конденсатора С2 (керамічного або плівкового) 
зазвичай не перевищує 2,2 мкФ.  
При "м'якому" поштовху амплітуда сигналу на п’єзоелементі мала, 
тому істотне збільшення чутливості датчика до таких поштовхів може дати 
зниження fpeз. Це можна досягнути збільшенням маси вантажу.      
 
3.4.2 Знакова модель залежності резонансної частоти п’єзодатчика 
моделі AV Crb455e від маси вантажу 
 
Результати експерименту наведено  на рис.3.6, що при масі вантажу 5, 
9 і 15 г резонансна частота склала 18, 13 і 9 Гц відповідно. 
"Вихід 2" придатний і для безпосереднього управління потужним 
навантаженням, наприклад, звуковим сигналізатором (сирена) або лампою 
розжарювання.   
Результати експерименту 
 
fpeз,Гц 
 
20  
 
 
15 
 
 
10  
 
 
5 10  15 маса, г 
 
Рисунок 3.6 – Знакова модель залежності  
fpeз від маси вантажу 
  
86 
Висновки до розділу 3 
 Проведенні порівняльний аналіз компонентів визначених систем та 
результатів експерименту, що дозволило визначити кращі моделі датчиків 
температури серії ДМТ-1, ДМТ-2; моделі датчиків тиску типу «Арктур-01» 
і моделі AV Crb455e за відповідними багатьма параметрами при зменшені 
часу майже через: 
- запропонований синтез багатопараметричних методів: візуального та 
умовного моделювання; 
- створення реляційних моделей даних показників багатопараметричних 
датчиків температур та тиску на їх основі побудовані знакові моделі: 
- діапазону робочій температури визначених датчиків; 
- додаткових даних похибок відносно до існуючих основних при зміні умов 
середовища; 
- побудувати знакову модель залежності резонансної частоти п’єзодатчика 
моделі  від маси вантажу. 
Ця сукупність збільшило швидкість визначення кращих моделей 
датчиків та сприяло зменшенню вартості виробу. 
  
87 
ВИСНОВКИ 
 
Організація процесу строгого контролю й обліку енергоносіїв, що 
використовуються у галузі видобутку, переробки, транспортування, 
зберігання й розподілу, вимагає будувати автозаправні станції з системами 
вимірювання. 
В умовах економічної та енергетичної кризи особливо актуальним 
являється на етапі проектування аналізу існуючого сучасного стану 
предмету дослідження, а саме вимірювання параметрів енергоносіїв 
автозаправних станціях. 
Тому роботі на базі евристичного методу визначено та запропоновано 
множина з існуючих аналогів автоматизованих систем для вимірювання 
рівнів енергоносіїв у резервуарах. 
На прикладах цих систем «САДКО»; «PETROVEND» проведено їх 
аналіз за основними техніко-економічними показниками: температура 
навколишнього середовища; діапазон вимірювання; похибка вимірювань; 
гарантійний термін експлуатації; середнє значення часу напрацювання на  
відмову; кількість резервуарів; потужність споживання вимірювача. 
Проведенні порівняльний аналіз компонентів визначених систем та 
результатів експерименту, що дозволило визначити кращі моделі датчиків 
температури серії ДМТ-1, ДМТ-2; моделі датчиків тиску типу «Арктур-01» 
і моделі AV Crb455e за відповідними багатьма параметрами при зменшені 
часу майже через: 
- запропонований синтез багатопараметричних методів: візуального та 
умовного моделювання; 
- створення реляційних моделей даних показників багатопараметричних 
датчиків температур та тиску на їх основі побудовані знакові моделі: 
- діапазону робочій температури визначених датчиків; 
- додаткових даних похибок відносно до існуючих основних при зміні умов 
середовища. 
   Ця сукупність збільшила швидкість визначення кращих моделей датчиків.  
88 
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 
 
[1] Gaitan Е., Cooksey К., Presson R. In vitro measurement of antithyroid 
compounds and environmental goitrogens // J. Clin. Endocrmol. Metab. - 
1983. - Vol.56.— P. 767-773. 14]  [20] http://www.energopribor.com 
[2] Bidey S.P., Hill DJ., and Eggo M.C. Growth factors and goitrogenesis // J. 
of Endocrinology. — 1999. - Vol .160. - М: 3. - P. 321-332. 
[3] Лукашенко А.Г., Кулигін О.А., Лукашенко В.М. Виявлення резерву 
предмета дослідження на основі теорії неповної подібності та 
розмірностей, - Хмельницький: Вісник ХНУ. – 2009. № 3. – С.184-187. 
[4] Тимченко А.А. Системні дослідження в науці та техніці. – Вісник 
ЧДТУ. -  Ч.1. – 2006. - 40 с. 
[5] Пацюра І.В., Корнійчук В.І., Довбиш Л.В. Надійність електронних 
систем // СВІТ Київ - 1997. – 127 с. 
[6]  Лукашенко В. А. Систематизація методів, моделей сопроцесорів для 
високошвидкісних, прецизійних мікропроцесорних проблемно-
орієнтованих систем / В. А. Лукашенко, А. Г. Лукашенко, В. М. Співак 
// Вісник Хмельницького національного університету. – 2015. – № 1. – С. 
164–169. 
[7] Бондаренко М. Ф. Комп’ютерна дискретна математика: Підручник / 
М. Ф. Бондаренко, Н. В. Білоус, А. Г. Руткас. – Харків: «Компанія 
СМІТ», - 2004. – 480 с. 
[8]  Zurawski, Richard. The industrial communication technology handbook 
/ Richard Zurawski, editor. p. cm. – (The industrial information technology 
89 
series): CRC Press, Taylor & Francis Group. 2005. – 879 p. [ISBN 0-8493-
3077-7.] 
[9]  Новіков Ю.В. Основи цифрової схемотехніки / Ю.В. Новіков. – К.: 
Вища школа, - 2001. – 379 с. 
[10]  Л.С. Ямпольський та ін. Гнучкі комп’ютеризовані системи: 
проектування, моделювання і управління. – Житомир, Україна: ЖДТУ, 
2005. – 168 с. 
[11]  І.В. Ельперін. Промислові контролери: навч. посіб. – Київ, Україна: 
НУХТ, 2003. – 213 с.  
[12]  Обладнання для передачі відеосигналу по кручений парі: 
[Електронний ресурс]. - http://twist.com.ua/techlist.html. 
[13]  Грачов А.О., Лега А.А., Мельник Л.І., Панов Л.І. Конструювання 
електронно-обчислювальної апаратури на основі поверхневого 
монтажу. К.: Кондор. 2005. – 383 с.  
[14]  Лукашенко В.М., Колесніков К.В., Рудаков К.С., Чичужко М.В. 
Основи конструктивно-технологічної побудови ЕОМ. Навчальний 
посібник. Черкаси: ЧДТУ. 2010. – 166 с.  
[15]  Андрейченков А.В., Андрейченкова О.М. Інтелектуальні 
інформаційні системи. Підручник. - Львів: Фінанси і статистика, 2004. – 
423 с.  
[16]  Гершунський Б.С. Основи електроніки та мікроелектроніки. – К.:  
Вища школа, 1989.- 423 с.  
[17]  Мілих В. І., Шавьолкін О. О. Електротехніка, електроніка та  
мікропроцесорна техніка. Підручник. – К.: Каравела, 2008. – 688 с.  
90 
[18]   Титаренко М. В. Електротехніка. Навчальний посібник. – К.: 
Кондор,  2004. – 240 с.  
[19] Економіка підприємства, Гетьман 0.0., Шаповал В.М. Навчальний 
посібник. Київ, Центр навчальної літератури, 2006. — 488 с. 
[20] Жиденький В. Ц., Джигирей В. С., Мельников О. В. Основи охоронн 
праці. Підручник.- Вид. 5-те, доповнене. - Львів: Афіша` 2000. - 350 с. 
[21] Bidey S.P., Hill DJ., and Eggo M.C. Growth factors and goitrogenesis // 
J. of Endocrinology. — 1999. - Vol .160.   - P. 321-332. 
[22] Gaitan Е., Cooksey К., Presson R. In vitro measurement of antithyroid 
compounds and envinmemal goitrogens // J. Clin. Endocrmol. Metab. - 1983. 
- Vol.56.— P. 767-773.
Репозиторій ЧДТУ
