- •Введение
- •1. Цель лабораторной работы
- •2. Порядок проведения работы Меры безопасности
- •Задание 3
- •3. Типовые средства измерения
- •Магнитоэлектрический логометр
- •Задание 2
- •Милливольтметр
- •Выполнение опыта
- •3.3. Трубчатая пружина
- •Выполнение опыта
- •3.4. Сильфон
- •3.5. Цифровой буйковый уровнемер
- •3.6. Гидростатический уровнемер
- •Нормирующий преобразователь
- •4. Оформление протокола опытов
- •Пример выполнения лабораторной работы
- •Контрольные вопросы
- •Содержание
- •Библиографический список
- •107884, Москва, ул. Старая Басманная, 21/4
- •107884, Москва, ул. Старая Басманная, 21/4
Введение
Управление – это целенаправленное изменение состояния или параметров машины, объекта, системы, процесса в соответствии с требуемым алгоритмом функционирования.
Автоматическое, т.е. без участия человека, управление включает в себя следующие операции:
- измерение параметров процесса (объекта);
- принятие решения (управляющего воздействия) вы-числительной машиной;
- выполнение (реализация) принятого решения испол-нительным механизмом, воздействующим на процесс (объект).
Получение информации о процессе (объекте), т.е. измерение является обязательным и необходимым этапом процесса управления. Поэтому рассмотрим процесс получения и обработки информации более подробно.
Информация (от лат. informatio - разъяснение, изложение) – общенаучное понятие, включающее обмен сведениями между людьми, человеком и автоматом, автоматом и автоматом.
Измерение – это процесс нахождения значения физической величины опытным путём с помощью
специальных технических средств.
Технические измерения – это измерение коли-чественных и качественных характеристик свойств продукции (линейных и угловых размеров, массы, шеро-ховатости и т.п.).
Технологические измерения – измерение режимов, характеристик и параметров технологического процесса (уровня, температуры, давления, расхода, плотности, состава среды и т.п.).
Средство измерения – это техническое средство, применяемое для проведения измерения и имеющее нормированные метрологические характеристики. К средствам измерений относят меры, измерительные приборы и преобразователи, а также состоящие из них измерительные установки и системы.
В общем случае средство измерения имеет следующую структурную схему (рис. 1).
ПИП
ИП
ВП
X Y
Рис. 1. Структурная схема средства измерения
На этом рисунке приведены следующие обозначения и сокращения:
X – входной сигнал (измеряемая величина);
Y – выходной сигнал;
ПИП – первичный измерительный преобразователь, на который непосредственно воздействует измеряемая физическая величина;
ИП – измерительный преобразователь, т.е. техни-ческое средство, служащее для преобразования измеряе-мой величины в другую, удобную для передачи, преоб-разования, обработки и хранения;
ВП – вторичный прибор, т.е. техническое средство, допускающее только считывание и запись показаний значений измеряемой величины.
Кроме перечисленных, в автоматике широко используют также следующие понятия – регулирование и контроль.
Регулирование – это автоматическое поддержание постоянства или изменение по заданному закону какого-либо параметра, характеризующего технический объект, процесс.
Контроль – операция, заключающаяся в определении соответствия измеряемых величин допускам, установ-ленным на их значения для обеспечения нормального функционирования технического объекта, процесса.
Метрология (от греч. – измеряю и -логия) – это наука об измерениях, методах достижения их единства и требуемой точности.
К нормируемым метрологическим характеристикам средств измерений относятся:
- диапазон входных (измеряемых) величин;
- диапазон изменения выходного сигнала, как прави-ло, нормированный;
- статическая характеристика;
- чувствительность;
- погрешность измерения;
- класс точности.
Статическая характеристика – это зависимость выходной величины от входной в статическом режиме измерения, т.е. Y = f(X).
Она может быть задана таблицей, графически и аналитически. Путём аппроксимации (от греч. приближаюсь), т.е. замены одних математи-ческих объектов другими, в том или ином смысле близкими к исходным, можно зависимость, заданную таблично, представить в аналитическом виде. Вид аналитической зависимости определяет сам экспери-ментатор в соответствии с физическим законом, лежащим в основе работы измерительного преобразования. В простейших случаях эта аппроксимация может быть линейной
Y = aX + b (1)
и квадратичной
Y = aX2 + bX + c, (2)
где a, b и c – соответствующие коэффициенты.
Чувствительность средства измерения S
S = , (3)
где - Y приращение выходной величины при изменении входной на X.
Абсолютная погрешность измерения X
X = Xизм - Xист, (4)
где Xизм – результат измерения; Xист – истинное значение измеряемой величины.
Кроме того, погрешность может быть относительной, приведённой, основной и дополнительной, мультиплика-тивной и аддитивной, статической и динамической и др.
Класс точности средства измерения – максимальная приведённая погрешность измерения, выраженная в процентах и округлённая до ближайшего большего значения из нормального ряда чисел: (1; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0)n, где n = 1; 0; -1; -2 и т.д.
Класс точности К
К = ПР MAX100 = 100. (5)
По ГОСТ 8.011-72 результаты измерения пред-ставляют в следующем виде:
X = X …, P, (6)
где X - результат измерения в единицах измеряемой величины; - среднее арифметическое ряда наблюдений; X – основная погрешность измерения (граница доверительного интервала); Р – доверительная вероятность; … - размерность измеряемой величины. Математическое ожидание (mx) находят по формуле
= mx = , (7)
где Xi – результат i-го измерения; N – количество измерений.
Среднее квадратическое отклонение (СКО) характеризует степень рассеяния случайной величины около своего математического ожидания
= =, (8)
где D – дисперсия.
Доверительный интервал – это статистическая оценка параметров вероятностного распределения, имеющего вид интервала, в котором с заданной вероятностью находится искомое значение параметра.
Эта вероятность называется доверительной вероятностью Р.
При ограниченном числе экспериментов (измерений) используют распределение Стьюдента, которое по числу экспериментов (испытаний) N и доверительной вероятности Р позволяет найти коэффициент Стьюдента tСт. Тогда
Х = tСт. (9)
Поверка – это операция сравнения показаний средства измерения с образцовым для определения его погрешности или поправки к его показаниям.