1 Нормативные ссылки

В настоящем учебно-методическом пособии использованы ссылки на следующие нормативные документы:

ГОСТ Р 8.585-2001 ГСИ. Термопары. Номинальные статические характеристики преобразования

ГОСТ 2.301-68 ЕСКД. Форматы

ГОСТ 2.304-81 ЕСКД. Шрифты чертежные

ГОСТ 7.1-2003 СИБИД. Библиографическая запись. Библиографическое описание. Общие требования и правила составления

ГОСТ 7.32-2001 Отчет о научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления

ГОСТ 8.009-84 ГСИ. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений

ГОСТ 8.207-76 ГСИ. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. Основные положения

ГОСТ 8.052-73 ГСИ. Дифференциальные манометры с пневматическими выходными сигналами. Методы и средства поверки

ГОСТ 8.240-77 ГСИ Преобразователи измерительные разности давлений ГСП с унифицированными токовыми выходными сигналами. Методы и средства поверки

ГОСТ 8.243-77 ГСИ. Преобразователи измерительные разности давлений ГСП с унифицированными выходными сигналами взаимной индуктивности. Методы и средства поверки

ГОСТ 8.417-2002 ГСИ. Единицы физических величин

ГОСТ 21.101-97 СПДС. Основные требования к проектной и рабочей документации

ГОСТ 21.404-85 СПДС. Автоматизация технологических процессов. Обозначения условные приборов и средств автоматизации в схемах

ГОСТ 34.602-89 Информационная технология. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Техническое задание на создание автоматизированной системы

ГОСТ 6651-94 Термопреобразователи сопротивления. Общие технические требования и методы испытаний

ПР 50.2.006-94 ГСИ. Порядок проведения поверки средств измерений

Р 50-70-88 ЕСКД. Правила выполнения диаграмм

Ми 2093-90 гси. Рекомендация. Измерения косвенные. Определение результатов измерений и оценивание их погрешностей

2 Инструкция по работе с учебно-методическим пособием

Курсовой проект выполняется по теме: "Разработка измерительной информационной системы".

Вариант задания на курсовой проект студент очной формы обучения получает у лектора дисциплины во время занятий, а студент заочной формы обучения – на установочных лекциях или на консультациях в межсессионный период.

Вариант задания состоит из семи цифр. Каждой цифре соответствует таблица, содержащая исходные данные. Таблицы с исходными данными размещены в приложениях А, Б, В, Г, Е, Ж.

Студент должен ознакомиться с целями курсового проектирования, указанными в разделе 3, с содержанием пояснительной записки курсового проекта и перечнем листов иллюстративной части, приведенными в разделе 4.

После уяснения задания студенту следует выяснить вопрос о степени доступности рекомендуемых литературных источников: можно ли их получить в абонементе библиотеки или нужно будет работать с ними в читальном зале.

Выполнение курсового проекта нужно начать в той последовательности, которая регламентирована в разделе 6. Необходимость такого подхода обусловлена взаимосвязью элементов курсового проекта, требующей использования получаемых результатов при выполнении каждого последующего раздела. При этом нужно принимать во внимание дополнительные исходные данные, указанные непосредственно в тексте подразделов 6.1 – 6.5.

Выполненный студентом-заочником курсовой проект должен быть сдан для проверки и допуска к защите секретарю кафедры Автоматизации производственных процессов (ул. Красная, 135; ауд. К-179).

3 Цели курсового проекта

Провести обработку результатов наблюдений основных физических величин, характеризующих функционирование условного объекта контроля и на этой основе выбрать средства измерений для создания ИИС.

Разработать измерительную информационную систему.

Определить и исследовать характеристики отдельных средств измерений, входящих в состав ИИС.

4 Содержание курсового проекта

Для реализации указанных целей в пояснительной записке курсового проекта должны быть выполнены следующие разделы и подразделы:

Нормативные ссылки.

Введение.

1 Обработка результатов наблюдений физических величин.

1.1 Обработка результатов наблюдений температуры воды.

1.2 Обработка результатов наблюдений температуры продукта.

1.3 Обработка результатов наблюдений давления воды.

1.4 Обработка результатов наблюдений расхода воды.

2 Разработка измерительной информационной системы.

2.1 Техническое задание на разработку ИИС.

2.2 Выбор средств измерений.

2.3 Разработка схемы автоматизации условного объекта.

3 Определение и исследование характеристик средств измерений, входящих в состав ИИС.

3.1 Расчет пределов систематической погрешности измерения температуры воды.

3.2 Построение статических характеристик средств измерений температуры воды.

3.3 Расчет надежности комплекта для измерения температуры воды.

3.4 Построение статических характеристик средств измерений расхода воды.

3.5 Определение метрологических характеристик измерительных каналов измерительной информационной системы.

4 Метрологическое обеспечение функционирования ИИС.

4.1 Разработка методики выполнения измерений температуры воды.

4.2 Разработка инструкции по калибровке преобразователя перепада давления.

Заключение.

Список использованных источников.

Объем пояснительной записки – 30…40 страниц.

Иллюстративная часть курсового проекта должна содержать три листа формата А2:

- лист 1 предназначен для выполнения на нем схемы автоматизации условного объекта контроля;

- лист 2 предназначен для размещения на нем статических характеристик средств измерений температуры и расхода воды;

- лист 3 предназначен для размещения на нем статистических характеристик случайных величин и метрологических характеристик средств измерений.

5 Задания на курсовой проект

5.1 Выполните обследование условного объекта контроля, в процессе которого решите следующие задачи:

1) определите результаты измерений (и границы доверительных интервалов – при измерениях с многократными наблюдениями) для следующих физических величин, характеризующих рабочий режим эксплуатации объекта:

- температуры воды;

- температуры продукта;

- давления воды;

- расхода воды.

Примите, что при проведении экспериментов использованы следующие средства измерений:

- для измерения температуры воды – термоэлектрический преобразователь ТХК/1-2088 (НСХ преобразования типа L, соединительный кабель термоэлектродный или медный); переносной потенциометр ПП-63; температура на зажимах преобразователя 30 ^оС; температура в помещении, где находится ПП-63, 20 ^оС;

- для измерения температуры продукта – термопреобразователь сопротивления ТСП/1-1088 (НСХ преобразования 50 П); нормирующий преобразователь Ш79 (диапазон измерений по температуре от минус 70 до 180 ^оС, выходной сигнал 0…5 мА); магазин сопротивлений Р33 (сопротивление 10 Ом); переносной потенциометр ПП-63;

- для измерения давления воды – поочередно подключаемые манометры: технический МП4-У (диапазон измерений 0…0,6 МПа, класс точности 1,5) и образцовый МО (диапазон измерений 0…0,6 МПа, класс точности 0,4);

- для измерения расхода воды – счетчик и секундомер.

Примите следующие исходные данные для определения результатов измерений физических величин:

- результаты наблюдений температуры воды возьмите из таблицы А.1 приложения А – по первой цифре варианта задания на курсовой проект, количество каждого результата наблюдения – из таблицы А.2 приложения А – по второй цифре варианта задания;

- результаты наблюдений температуры продукта возьмите из таблицы Б.1 приложения Б – по третьей цифре варианта задания на курсовой проект;

- результаты наблюдений давления воды возьмите из таблицы В.1 приложения В – по четвертой цифре варианта задания;

- результаты наблюдений расхода воды возьмите из таблицы Г.1 приложения Г – по пятой цифре варианта задания;

- значение уровня воды примите равным 2 м;

- значение кислотности воды примите равным 7 рН;

- значение плотности воды определите на основе линейной интерполяции данных из таблицы Д.1 приложения Д – с учетом полученных ранее результатов измерений температуры и давления;

- значение относительной влажности воздуха примите равным значению, объявленному по Краснодарскому радио в метеорологическом прогнозе на текущую дату;

2) выполните следующие операции при обработке результатов наблюдений температуры воды:

- перейдите от результатов наблюдений, выраженных в милливольтах, к результатам наблюдений, выраженным в градусах Цельсия;

- исключите анормальные результаты наблюдений;

- проверьте выполнение гипотезы о нормальном распределении случайной величины – результата наблюдения;

- постройте гистограмму результатов наблюдений;

- постройте полигон накопления частот;

- постройте график дифференциальной функции распределения;

- постройте кумулятивную кривую;

- постройте график интегральной функции распределения;

- определите границы доверительного интервала;

- запишите интервальную оценку прямого измерения температуры с многократными наблюдениями;

3) выполните следующие операции при обработке результатов наблюдений температуры продукта:

- получите математическую модель статики термометра в аналитической форме;

- рассчитайте значение среднего квадратического отклонения (СКО) результата косвенного измерения температуры продукта;

- определите границы доверительного интервала;

- запишите интервальную оценку косвенного измерения температуры с многократными наблюдениями;

4) выполните следующие операции при обработке результатов наблюдений давления воды:

- проверьте выполнение условия равноточности наблюдений;

- рассчитайте значение среднего квадратического отклонения результата измерения давления воды;

- определите границы доверительного интервала;

- запишите интервальную оценку измерения давления с многократными наблюдениями;

5) выполните следующие операции при обработке результатов наблюдений расхода воды:

- рассчитайте значение среднего квадратического отклонения результата измерения расхода воды;

- определите границы доверительного интервала;

- запишите интервальную оценку измерения расхода с многократными наблюдениями.

5.2 Разработайте измерительную информационную систему для условного объекта контроля и решите при этом следующие задачи:

1) составьте техническое задание на разработку ИИС;

2) проведите выбор средств измерений для ИИС, учитывая следующие дополнительные данные:

- ИИС должна быть построена на основе микропроцессорного измерительного прибора УКТ38-Щ4.АТ (восьмиканальный цифровой прибор, входные сигналы 0…5 мА, диапазон показаний 0…5 мА, класс точности 0,5), подключенного к персональному компьютеру через адаптер АС-2;

- для измерения температуры воды в ИИС необходимо в измерительный канал (ИК) включить датчик ТХК/1-2088 (диапазон измерений минус 50…600 ^оС, пределы допускаемой основной погрешности  2,5 ^оС) и нормирующий преобразователь Ш78 с классом точности 1,0 и диапазоном измерений, выбираемым из таблицы Е.1 приложения Е по шестой цифре варианта задания на курсовой проект;

- для измерения температуры продукта, давления воды, расхода воды необходимо в измерительные каналы включить обязательные средства измерений, выбираемые из таблицы Ж.1 приложения Ж по седьмой цифре варианта задания на курсовой проект, а также другие средства измерений для обеспечения передачи измерительной информации на вход прибора УКТ38-Щ4.АТ (выбираются студентом самостоятельно);

- для измерения уровня, кислотности и плотности воды, а также относительной влажности воздуха необходимо в измерительные каналы включить средства измерений для обеспечения передачи измерительной информации на вход прибора УКТ38-Щ4.АТ (выбираются студентом самостоятельно);

3) разработайте схему автоматизации условного объекта, покажите на ней средства измерений, размещаемые по месту, на щите контроля и в операторском пункте; приведите перечень средств измерений; составьте описание схемы.

5.3 Проведите определение и исследование характеристик средств измерений, входящих в состав ИИС, выполните для этого следующие операции:

1) выполните расчет пределов систематической погрешности измерения температуры воды средствами измерений, входящими в ИИС;

2) постройте статические характеристики входящих в ИК ИИС средств измерений температуры воды (датчика ТХК/1-2008, нормирующего преобразователя Ш78, прибора УКТ38-Щ4.АТ);

3) постройте статические характеристики входящих в ИК ИИС средств измерений расхода воды;

4) проведите расчет надежности ИК ИИС для измерения температуры воды; примите значения интенсивности отказов: для датчика ТХК/1-2088 _тхк = 1510^-6 ч^-1; для преобразователя Ш78 _ш = 7010^-6 ч^-1; для прибора УКТ38- Щ4.АТ _укт = 10510^-6 ч^-1; для соединительного термоэлектродного кабеля на один метр длины _пр = 0,110^-6 ч^-1; а общую длину L необходимо взять как L = 10N, где N – номер фамилии студента в списке группы.

5.4 Разработайте документацию по метрологическому обеспечению функционирования ИИС:

а) методику выполнения измерений температуры воды;

б) инструкцию по калибровке преобразователя перепада давления, включающую в себя следующие пункты:

1) операции калибровки;

2) средства калибровки;

3) условия калибровки;

4) подготовка к калибровке;

5) проведение калибровки;

6) обработка результатов наблюдений;

7) оформление результатов калибровки.

В шестом пункте должна содержаться программа расчета погрешностей и вариаций преобразователя, написанная на языке Паскаль или Бейсик, а также схема алгоритма расчета.

В седьмом пункте должна содержаться форма протокола калибровки преобразователя.

6 Методические указания по выполнению курсового проекта

6.1 При выполнении обследования условного объекта переход от значений результатов наблюдений температуры воды, выраженных в милливольтах, к значениям, выраженным в градусах Цельсия, проведите на основе номинальной статической характеристики (НСХ) преобразования типа L по ГОСТ Р 8.585.

Проверку гипотезы о нормальном распределении случайной величины – результата наблюдений температуры воды проведите на основе требований ГОСТ 8.207 и с учетом рекомендаций в монографии [1, с. 69]. Значения распределения Стьюдента и нормированной функции Лапласа приведены в таблицах [1, с. 247, 251].

При построении статистических характеристик температуры воды количество разрядов для гистограммы получите по эмпирической формуле [2, с. 178-182] или по правилу Старджесса [3, с. 123].

При определении математической модели статики нормирующего преобразователя типа Ш79 значение чувствительности определите на основе номинальной статической характеристики (НСХ) преобразования 50 П по ГОСТ 6651.

Обработку результатов наблюдений температуры продукта проведите на основе рекомендации МИ 2093.

При обработке результатов наблюдений давления воды проверку равноточности наблюдений проведите на основе критерия Романовского [4, с. 85].

6.2 При разработке измерительной информационной системы техническое задание составьте на основе требований ГОСТ 34.602.

Выбор средств измерений при создании ИИС может быть проведен по справочнику [ 5 ].

Разработка схемы автоматизации условного объекта должна быть выполнена на основе требований ГОСТ 21.404.

6.3 При определении и исследовании характеристик средств измерений, входящих в состав ИИС, построение статических характеристик средств измерений температуры и расхода воды выполните с учетом требований нормативного документа Р 50-70.

Расчет надежности комплекта для измерения температуры воды должен быть выполнен, исходя из предположения об экспоненциальном законе распределения случайной величины – времени безотказной работы комплекта.

Определение метрологических характеристик измерительных каналов измерительной информационной системы проводится на основе данных, полученных при выполнении лабораторного практикума по дисциплине «Технологические измерения».

6.4 Разработка инструкции по калибровке преобразователя перепада давления должна быть проведена с учетом требований стандартов: при токовом выходном сигнале преобразователя - ГОСТ 8.240, при пневматическом сигнале – ГОСТ 8.052, при сигнале взаимной индуктивности – ГОСТ 8.243.

7 Рекомендации по оформлению курсового проекта

Курсовой проект должен включать в себя следующие элементы, располагаемые последовательно:

- титульный лист, совмещенный с обложкой;

- задание на курсовой проект;

- реферат;

- содержание;

- нормативные ссылки;

- введение;

- разделы основной части;

- заключение;

- список использованных источников;

- приложения.

Титульный лист оформляется на листе белой бумаги формата А4 (210297 мм) по ГОСТ 2.301 и должен быть выполнен в соответствии с примером, приведенным в приложении А. При рукописном выполнении титульного листа названия министерства, вуза и кафедры выполняются чертежным шрифтом размера 3,5 по ГОСТ 2.304, т.е. высота заглавных букв должна быть равна 3,5 мм, а строчных – 2,5 мм. Слова ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА выполняются заглавными буквами. При оформлении пояснительной записки на принтере компьютера необходимо использовать шрифт Times New Roman с размером 14 пунктов и междустрочным интервалом 1,2. Рамка на титульном листе не выполняется.

Задание на контрольную работу оформляется в соответствии с примером, приведенным в приложении Б. Рамка на листе задания не выполняется.

Реферат рекомендуется составлять на основе требований, предъявляемых к реферату на отчет о научно-исследовательской работе по ГОСТ 7.32, который, в свою очередь должен включать следующие элементы:

- сведения о количестве в курсовом проекте страниц, иллюстраций, таблиц, использованных источников, приложений;

- перечень ключевых слов и словосочетаний – от 5 до 15, взятых из текста пояснительной записки курсового проекта и в наибольшей степени характеризующих ее содержание и обеспечивающих возможность информационного поиска. Ключевые слова приводят в именительном падеже и пишут заглавными буквами в строку через запятые;

- текст реферата, отражающий, как правило, следующие позиции: объект исследования; цель работы; полученные результаты и их новизна; основные конструктивные, технологические и технико-эксплуатационные характеристики; рекомендации по внедрению; область применения; экономическая эффективность или значимость работы.

Объем реферата – от 0,5 до 0,75 страницы. Реферат оформляется на отдельном листе формата А4, снабженном рамкой и основной надписью по упрощенной форме 5 ГОСТ 21.101. Рамка и основная надпись должны быть выполнены черной пастой или на принтере.

Содержание включает заголовки всех разделов и подразделов курсового проекта с указанием страниц, на которых размещается начало материала. Раздел «Содержание» помещают в курсовом проекте на листе, следующем за рефератом. Под словом «Содержание» размещают заголовки разделов и подразделов с их номерами. Размещение номеров разделов и подразделов производят с абзаца (с красной строки). Раздел «Содержание» и все последующие разделы курсового проекта должны быть выполнены на листах формата А4, снабженных рамкой и основной надписью по упрощенной форме 6 ГОСТ 21.101.