Министерство образования и науки Российской Федерации
Московский государственный университет тонких химических технологий имени М.В.Ломоносова
	Кафедра «Системы управления и автоматизация химико-технологических процессов»
И.П. Титова, Н.В. Шумова
Технические средства автоматизации (измерительные системы и исполнительные устройства)
Учебное пособие
Москва Издательство МИТХТ 2014

	УДК
	ББК
	Авторский знак

Рецензент:

д.т.н., профессор А.С. Таран

И.П. Титова, Н.В. Шумова

Технические средства автоматизации (измерительные системы и исполнительные устройства).

Учебное пособие.

М., МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 2013 – 80с.: ил.

Пособие разработано на основании рекомендаций государственных образовательных стандартов и утверждено библиотечно-издательской комиссией МИТХТ им. М.В. Ломоносова в качестве учебного пособия, поз. № 125/13.

Данное учебное пособие является дополнением к существующим учебникам по техническим средствам автоматизации в химической промышленности и соответствует курсу лекций и лабораторному практикуму для студентов бакалавров по дисциплине «Системы управления химико-технологическими процессами». В нем рассматриваются измерительные и исполнительные технические средства, их достоинства и недостатки, а также возможные области применения в системах управления основными химико-технологическими процессами.

Настоящее пособие может быть полезно студентам бакалаврам, обучающимся по специальности «Химическая технология», а также при подготовке к рубежным контрольным мероприятиям и к экзамену по указанной дисциплине.

© МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 2013

СОДЕРЖАНИЕ

СОДЕРЖАНИЕ 3

1. ТЕРМИНЫ МЕТРОЛОГИИ 4

2. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ 7

3. ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ 12

3.3. Электрические манометры 14

4. ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ 15

5. ИЗМЕРЕНИЕ РАСХОДА 24

6. ИЗМЕРЕНИЕ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ И СЫПУЧИХ ТЕЛ 36

7. ИЗМЕРЕНИЕ СОСТАВА И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВЕЩЕСТВ 44

8. ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УСТРОИСТВА 57

Введение

Качество управления технологическим процессом определяется структурой и свойствами системы автоматического управления (САУ), а также погрешностью измерений технологических параметров, быстродействием и надежностью работы исполнительных устройств. Для измерений параметров технологического процесса используются измерительные системы (ИС) как элементы системы управления и самостоятельно для текущего контроля. В работе рассмотрены используемые в схемах автоматизации химико-технологических процессов технические средства измерения.

Устройство в автоматической системе управления, воздействующее на технологический процесс в соответствии с полученным от управляющего устройства командным сигналом, называется исполнительным устройством (ИУ). В зависимости от конкретных условий работы структура и конструкция ИУ существенно различаются. Представлены классификации ИУ, их структура и область применения. Выбор технических средств измерения рассмотрен с использованием терминов метрологии.

1. Термины метрологии

Измеряемая физическая величина — физическая величина, подлежащая измерению, измеряемая или измеренная в соответствии с основной целью измерительной задачи.

Шкала физической величины — упорядоченная совокупность значений физической величины, служащая исходной основой для измерений данной величины.

Например, международная температурная шкала, состоящая из ряда реперных точек, значения которых приняты по соглашению между странами Метрической конвенции и установлены на основании точных измерений, является исходной основой для измерений температуры.

Измерение физической величины — совокупность операций по применению технического средства, обеспечивающих нахождение соотношения измеряемой величины с ее единицей и получение значения этой величины.

Измерительный преобразователь — техническое средство, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации или передачи.

Датчик — конструктивно обособленный первичный преобразователь, от которого поступают измерительные сигналы. Датчик может быть вынесен на значительное расстояние от средства измерений, принимающего его сигналы.

Измерительная цепь — совокупность элементов средств измерений, образующих непрерывный путь прохождения измерительного сигнала одной физической величины от входа до выхода.

Чувствительный элемент средства измерений — часть измерительного преобразователя в измерительной цепи, воспринимающая входной измерительный сигнал. В зависимости от назначения измерительные системы разделяют на измерительные информационные (ИИС), измерительные контролирующие, измерительные управляющие системы и др.

Зона нечувствительности средства измерений — диапазон значений измеряемой величины, в пределах которого ее изменения не вызывают выходного сигнала средства измерений.

Метод измерений — прием или совокупность приемов сравнения измеряемой физической величины с ее единицей.

Классификация методов измерения технологических параметров разнообразна, поэтому выделим лишь некоторые.

При контактном методе измерений чувствительный элемент средства измерений приводится в контакт с объектом измерений.

Для бесконтактного метода измерений характерно отсутствие контакта чувствительного элемента средства измерений с объектом измерений.

Нормальные условия измерений — условия измерения, характеризуемые совокупностью значений или областей значений влияющих величин, при которых изменением результата измерений пренебрегают вследствие малости.

Нормальные условия измерений устанавливаются в нормативных

документах на средства измерений конкретного типа или по их

поверке (калибровке).

Точность результата измерений — одна из характеристик качества измерения, отражающая близость к нулю погрешности результата измерения. Считают, чем меньше погрешность измерения, тем больше его точность.

Сходимость результатов измерений — близость друг к другу результатов измерений одной и той же величины, выполненных повторно одними и теми же средствами, одним и тем же методом в одинаковых условиях и с одинаковой тщательностью.

Воспроизводимость результатов измерений — близость результатов измерений одной и той же величины, полученных в разных местах, разными методами, разными средствами, разными операторами, в разное время, но приведенных к одним и тем же условиям измерений (температуре, давлению, влажности и др.).

Погрешность результата измерения — отклонение результата измерения от истинного (действительного) значения измеряемой величины.

Абсолютная погрешность измерения — погрешность измерения, выраженная в единицах измеряемой величины.

Если истинное значение измеряемой величины неизвестно, вместо него используют действительное значение измеряемой величины :

Абсолютная погрешность СИ выражается в единицах измеряемой физической величины и имеет знак.

Абсолютная погрешность средства измерений — разность между показаниями средства измерений А и истинным значением измеряемой физической величины :

Приведенная погрешность средства измерений — относительная погрешность, выраженная отношением абсолютной погрешности СИ к условно принятому значению величины, постоянному во всем диапазоне измерений или в части диапазона:

Приведенную погрешность обычно выражают в процентах.

Класс точности средств измерений — обобщенная характеристика СИ, определяемая пределами допускаемых основной и дополнительных погрешностей, а также другими свойствами СИ.

Правила обозначения классов точности устанавливаются стандартами. Одним из распространенных вариантов является обозначение класса точности числом, совпадающим со значением допускаемой основной приведенной погрешности:

где КТ — число, обозначающее класс точности; — допускаемая основная абсолютная погрешность.

Класс точности позволяет судить о том, в каких пределах находится погрешность СИ одного типа.

В зависимости от условий измерения погрешности подразделяются на основные и дополнительные.

Основная погрешность средства измерений — погрешность средства измерений, применяемого в нормальных условиях.

Дополнительная погрешность средства измерений — погрешность средства измерений, возникающая дополнительно к основной погрешности вследствие отклонения какой-либо из влияющих величин от нормального ее значения.