- •Измерения температуры
- •Термоэлектрические преобразователи стандартных градуировок
- •Платина
- •Измерения количества и расхода жидкости, газа и пара
- •Измерение уровней жидкостей.
- •Визуальные средства измерений уровня
- •Буйковые средства измерений уровня
- •Гидростатические средства измерений уровня
- •Электрические средства измерений уровня
- •Акустические средства измерений уровня
Таблица B.1
Измерения параметров производств с непрерывным и дискретным характером технологических процессов
-
Количество, в % от общего числа измерений для каждого из производств
Параметр
производства с непрерывными процессами
производства с дискретными процессами
Температура
Расход (массовый, объемный) вещества
Количество (масса, объем) вещества
Давление
Уровень
Число изделий
Длина (размеры, положение, расстояние)
Время
Состав веществ
Прочие (физико-химические свойства, напряжение, ток, скорость)
50
15
5
10
6
-
-
4
4
6
8
4
5
4
4
25
25
15
-
10
Рис. В.1. Схемы систем
автоматического контроля (а)
и автоматического регулирования (б)
ОА - объект автоматизации,
Д - датчик или первичный измерительный преобразователь,
КС - канал связи,
ВП - вторичный прибор,
ВВ - возмущающие воздействия,
Узд – задающий сигнал
АР – автоматический регулятор,
ИМ - исполнительный механизм.
Рис. В.2. Схемы автоматизированных систем управления технологическими процессами
Вычислительная техника используется в АСУ ТП в одном из следующих режимов.
Режим советов (советчика) оператору. Текущую информацию УВМ получает от датчиков и на основе этой информации решает задачу оптимизации. В результате решения определяются значения технологических параметров, обеспечивающие достижение критерия оптимизации в текущей ситуации. Эти значения технологических параметров используются оператором, обслуживающим процесс в качестве рекомендаций (советов). За оператором остается право выбора и установки (в виде заданий соответствующим регуляторам) рекомендуемых значений параметров (см. пунктирные линии рис. В.2, а).
Супервизорный (от англ. supervision — наблюдение, надзор) режим. УВМ с помощью специальных средств сама устанавливает такие задания регуляторам, которые соответствуют рассчитанным значениям (штрихпунктирные линии на рис. В.2, а).
Рассмотренные режимы используются в случае, если применяемые УВМ не обладают необходимой надежностью.
Режим непосредственного цифрового управления (НЦУ). В состав АСУ ТП включается управляющий вычислительный комплекс (УВК) (см. рис. В.2, б). При этом уже не используются автоматические регуляторы и вторичные приборы для стабилизации и контроля отдельных параметров, а все эти функции возложены на УВК. Обычно УВК строят на базе микропроцессорной техники по распределенному (децентрализованному) принципу, в соответствии с которым функции управления распределены между отдельными микропроцессорами.
Рис. 1.1. Схема процесса измерения
ОИ – объект измерений,
СИ – средство измерений,
ВФВ – влияющие физические величины.
Погрешность (или ошибка) измерения — отклонение результата измерения X от истинного значения Хи измеряемой величины:
Δ = X - Хи. (1.3)
Погрешность, определяемая формулой (1.3), выражена в единицах измеряемой величины и называется абсолютной погрешностью измерения.
Относительная погрешность измерения — отношение абсолютной погрешности измерения к истинному значению измеряемой величины:
δ = Δ / Хи. (1.4)
Точность измерения — качество измерения, отражающее близость его результата к истинному значению измеряемой величины. Количественно точность может быть выражена величиной, обратной относительной погрешности, взятой по модулю:
ε = | Δ / Хи | (1.5)
Рис. 1.2. Классификация измерений
Рис. 1.3. Классификация методов измерений
Рис. 1.4. Схема реализации измерений методом непосредственной оценки |
Рис. 1.5. Схемы реализации измерений нулевыми методами сравнения с мерой |
Рис. 1.6. Схемы реализаций измерений дифференциальными методами сравнения с мерой
Рис. 1.7. Классификация погрешностей измерений
Вопросы к письменному опросу
-
Классификация измерений
-
Классификация методов измерений
-
Классификация погрешностей измерений
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СРЕДСТВАХ ИЗМЕРЕНИЙ
Рис. 2.1. Классификация средств измерений
Рис. 2.2. Структурные схемы измерительных устройств
1 - чувствительный элемент
2, 5, 6 - преобразовательные элементы,
3 - измерительный механизм,
4 - отсчетное устройство.
Рис. 2.3. Схема отсчетного устройства измерительного прибора
Y=f(X)
Рис. 2.4. Статическая характеристика измерительного устройства
Рис. 2.5. Типичные для измерительных устройств формы переходных процессов
Типичные дифференциальные уравнения и передаточные функции измерительных устройств
Рис. 2.6 Классификация погрешностей измерительных устройств
Рис. 2.7. Реальные функции преобразования измерительных устройств
Рис. 2.9. Смещение реальной функции преобразования при эксплуатации измерительного устройства в рабочих условиях
Метрологические характеристики измерительных устройств
Группа метрологических характеристик |
Метрологические характеристики |
Характеристики, предназначенные для определения результата измерений |
Функция преобразования, коэффициент преобразования, цена деления, чувствительность, диапазон измерений, верхний и нижний пределы измерений, диапазон показаний, конечное и начальное значения шкалы |
Характеристики погрешности |
Систематическая погрешность, случайная по. грешность, основная погрешность, динамическая погрешность, порог чувствительности, мультипликативная погрешность, аддитивная погрешность, погрешности линейности, вариация, абсолютная, относительная и приведенная погрешности |
Характеристики чувствительности к влияющим величинам |
Функции влияния, дополнительная погрешность, изменение показаний, изменение коэффициента преобразований, значения неинформативного параметра выходного сигнала |
Динамические характеристики |
Дифференциальное уравнение, передаточная функция, комплексная частотная функция, переходная характеристика, импульсная переходная характеристика, амплитудно-фазовая характеристика, постоянная времени, время реакции, амплитудно-частотная характеристика, фазочастотная характеристика, полоса пропускания и др. |
Характеристики взаимодействия с подключаемыми средствами измерения |
Входной импеданс, выходной импеданс |
Основная погрешность устройства для измерений нормируется путем установления предела допускаемой абсолютной, относительной или приведенной погрешности:
Δ=±а, (2.32)
где X — входной сигнал измерительного устройства.
Для цифровых приборов
Таблица 2.3 Основные виды унифицированных аналоговых сигналов ГСП
Вид сигнала |
Физическая величина |
Параметры сигнала |
Электрический |
Постоянный ток |
0÷5; 0÷20; -5÷0÷5; 4÷20 мА |
Постоянное напряжение |
0÷10; 0÷20; -10÷0÷10 мВ; 0÷10; 0÷1; -1÷0÷1 В |
|
Переменное напряжение |
0÷2; -1÷0÷1 В |
|
Частота |
2÷8; 2÷4 кГц |
|
Пневматический |
Давление |
0,2÷1 кгс/см2 (0,02÷0,1 МПа) |
Гидравлический |
» |
0,1÷6,4 МПа J |
Рис. 2.11. Классификация средств измерений ГСП по входным и выходным сигналам
Диапазон давлений (в Па), охватываемый существующими средствами измерений давления
Схемы жидкостных приборов для измерений давления
Конструкции чувствительных элементов деформационных средств измерений давления
Схема манометра с одновитковой трубчатой пружиной
Схемы измерительных преобразователей давления
-
Рис. 4.9. Схемы тензорезисторных чувствительных элементов
Схемы тензорезисторных измерительных преобразователей разности давлений с унифицированным токовым выходным сигналом
Рис. 4.11. Схема пьезоэлектрического измерительного преобразователя давления
Измерения температуры
реперные точки t1 и t2. - температуры фазового равновесия чистых веществ.
t2 — t1 основной температурный интервал.
t = a+bV,
где а и b — постоянные коэффициенты.
где QH и Qx — соответственно количество теплоты, полученное рабочим веществом от нагревателя и отданное холодильнику.
Кельвином было предложено для определения температуры использовать равенство
Тройная точка воды (точка равновесия воды в твердой, жидкой и газообразной фазах), легко воспроизводится в специальных сосудах с погрешностью не более 0,0001 К.
Температура этой точки принята равной 273,16 К.
В 1967 г. XIII Генеральная конференция по мерам и весам уточнила определение единицы термодинамической температуры в следующей редакции: «Кельвин—1/273,16 часть термодинамической температуры тройной точки воды».
Обозначается Т, К.
Термодинамическая температура может быть также выражена в градусах Цельсия:
t = T—273,15 К.
Рис. 6.1. Схема газового термометра
1 – баллона,
2 - соединительной трубки,
3 - вентиль,
4 - трубка двухтрубного манометра, у которого трубку,
5 – подвижная трубка,
6 - соединительный шланг.
На основе проведенных в различных странах исследований на VII Генеральной конференции по мерам и весам в 1927 г. было принято термодинамическую шкалу заменить «практической» температурной шкалой и назвать ее международной температурной шкалой.
В настоящее время действует принятая на XIII конференции по мерам и весам усовершенствованная шкала под названием «международная практическая температурная шкала 1968» (МПТП—68). Определение «практическая» указывает, что эта температурная шкала в общем не совпадает с термодинамической.
Температуры МПТШ—68 снабжаются индексом (T68 или t68).
Таблица 6.1 Основные реперные точки МПТШ—68
Состояние равновесия |
Температура |
Давление |
|
Т68, К |
t68, ºС |
Р, Па |
|
Тройная точка водорода |
13,81 |
—259,34 |
_ |
Точка кипения водорода |
17,042 |
—256,108 |
33 330,6 |
Точка кипения водорода |
20,28 |
—252,87 |
101 325 |
Точка кипения неона |
27,102 |
—246,048 |
101 325 |
Тройная точка кислорода |
54,361 |
—218,789 |
— |
Точка кипения кислорода |
90,188 |
—182,962 |
101 325 |
Тройная точка воды |
273,16 |
0,01 |
— |
Точка кипения воды |
373,15 |
100 |
101 325 |
Точка затвердевания цинка |
692,73 |
419,58 |
101325 |
Точка затвердевания серебра |
1235,08 |
961,93 |
101 325 |
Точка затвердевания золота |
1337,58 |
1064,43 |
101 325 |
Классификация средств измерений температуры
Наиболее распространенные промышленные средства измерении температуры
Термометрическое свойство |
Наименование средства |
Диапазон измерений, °С |
Изменение объема рабочего вещества |
Вольюметрические |
-50÷300 |
Изменение давления рабочего вещества при постоянном объеме |
Манометрические термометры: газовые жидкостные конденсационные |
—150÷600 —150÷600 , —50÷350 |
Термоэлектрический эффект (термоЭДС) |
Термоэлектрические преобразователи |
—200÷2200 |
Изменение электрического сопротивления
|
Металлические термопреобразователи сопротивления |
—260÷1100 |
Полупроводниковые термопреобразователи сопротивления |
—240÷300 |
|
Тепловое излучение |
Пирометры излучения: квазимонохроматические спектрального отношения радиационные |
700÷6000 1400÷2800 50÷3500 |
Схема манометрического термометра
Схема термоэлектрического преобразователя
А и В – термоэлектроды,
1 и 2 - места соединений термоэлектродов - спаи.
Схемы включения измерительного прибора в цепь термоэлектрического преобразователя
Схемы соединений термоэлектрических преобразователей