51

ВВЕДЕНИЕ

Управление объектами и технологическими процессами неразрывно связано с их автоматизацией. В результате внедрения инновационных автоматических измерительных приборов и схем управления снижаются расходы топлива, тепловой и электрической энергии. Появляется возможность использовать высокоэффективные технологические процессы и устройства.

В объектах автоматизации необходимо обеспечить возможность измерения определяющих технологический процесс или объект величин при минимальной погрешности.

Целенаправленное воздействие на объект управления осуществляется автоматическими регуляторами, функциональными элементами которых являются: датчики, преобразующе–усилительные устройства, исполнительные механизмы, регулирующие органы и другие.

Решение задачи эффективного управления заключается: в систематиче­ском практическом изучении современных методов и технических средств автоматизированного управления объектами; ознакомлении с принципами составления схем автоматизации; обоснованном выборе способов и средств измерения; расчете необходимой точности и погрешности измерений; выборе необходимого метрологического обеспечения. В связи с этим студент должен приобрести практические навыки работы с измерительными и управляю­щими приборами, исполнительными механизмами, усилительно-преобра­зующими устройствами, регистрирующими приборами и другими средст­вами измерения и контроля управляемого процесса.

Изучение и практическое применение измерительной аппаратуры позволяет непрерывно производить автоматическую регистрацию и измерение параметров процесса, начиная от приема сигналов чувствительным элементом (датчиком) и заканчивая регистрацией осциллографом полученных экспериментальных зависимостей.

Для обеспечения единства измерений используют метрологи­ческие характеристики. При этом определяют допускаемые от­клонения реальных параметров от номи­нальных, а также до­пускаемые значения погрешностей. Для определения по­грешности измерений необходимо знать ее состав­ляющие: инструменталь­ную и методическую, которые являются систематическими погрешностями, а также случайную. Сведения о метрологических характеристиках рабочих средств измере­ний приводятся в нормативно-технических документах, например в техниче­ских паспортах.

На основании приобретенных практических навыков студент может самостоятельно проводить экспериментальные измерения и получать математические функции исследуемого процесса с использованием различных методов планирования в зависимости от поставленных задач. Обработка результатов экспериментальных исследований производится при помощи программ «Microsoft Excel» на ПЭВМ с применением метода наименьших квадратов, регрессионного и дисперсионного анализов.

1. Основные методы измерений

1.1. Общая измерительная схема

Чтобы судить о поведении того или иного объекта управления, необходимо иметь сведения о количествен­ных и качественных характеристиках технологических процессов. Эти сведения могут поступать в виде инфор­мации человеку для принятия соответствующих решений (подсистемы контроля и сигнализации), а также используются и без его участия (подсистемы защиты, блокировки, управления и регулирования) автоматиче­скими устройствами.

С процесса измерения начинаются простые и очень сложные автоматизированные системы, и от того, с какой точностью измерена исходная величина, зависит результат дальнейшего преобразова­ния в последующих элементах системы.

Характер протекания во времени технологических процессов может оцениваться периодическими и непре­рывными измерениями, в последнем случае чаще всего пользуются записывающими измерительными устройст­вами.

Измерительным прибором называют средство изме­рений, вырабатывающее информационный сигнал в фор­ме, доступной для восприятия наблюдателем — челове­ком. Сигнал направляется от объекта управления (ОУ) к опе­ратору (Оп) (рис. 1). Главным элементом измеритель­ного прибора является первичный измерительный преобразователь, или датчик, часто называемый первичным прибором. Для передачи, обработки и хранения инфор­мации применяют промежуточные преобразователи, или вторичные приборы (ВП). Измерительный прибор, показания которого отражают непрерывную функцию измеряемой величины, называют аналоговым, а если показания представляют в дискрет­ной форме — цифровым. У показывающего прибора предусмотрена только воз­можность считывания показаний, у регистрирующего — регистрация, например, запись на диаграмме (двухкоординатный самописец) или печать на ленте или диаграмме, например, светолучевым высокоскоростным осциллографом.

Датчик Измерительный прибор

Оп

Рис. 1. Общая схема измерительного прибора

При автоматическом управлении сигнал от чувстви­тельного элемента (ЧЭ) — части датчика, находящегося под непосредственным воздействием измеряемой величи­ны, должен поступать в форме, удобной для использова­ния в каналах автоматической системы регулирования или управления.

Датчики классифицируют по измеряемой вход­ной величине, но более важной характеристикой является выходная величина, в которую преобразуется входная. Несмотря на большое число измеряемых величин, наиболее широко ис­пользуется относительно небольшая группа выходных сигналов: механические (перемещение или усилие), электрические (ЭДС, напряжение, сила тока), времен­ные (импульсная, частотная).

Датчики с электрическим выходным сигналом при­нято разделять на параметрические и генераторные. Первые преобразуют входную величину в изменение па­раметров (сопротивление, емкость и т. п.) электрической цепи, в которую они включены, вторые — в электродви­жущую силу. Соответствующими примерами могут слу­жить: термическое сопротивление (тензодатчики) и термоэлектрический термо­метр (термопара).